Van de Graaff generatordeler, hvordan det fungerer, applikasjoner

Han Van de Graaff Generator Det er en gjenstand som fungerer takket være elektrostatiske fenomener, og hvis funksjon består i å reprodusere enorme elektriske potensialer, i størrelsesorden mega -elektronvolt (MEV), for å akselerere subatomiske partikler. Slike potensialer er konsentrert i sine øvre deler, der metall og hule kuler hviler.

Det ble oppfunnet i 1929 av den amerikanske fysikeren Robert J. Van de Graaf, bygningsmodeller i forskjellige størrelser og elektriske evner. En av de største, opprettet i 1933 og observert i det nedre bildet, er i stand til å nå et elektrisk potensial på 5MEV; Fem ganger mindre enn du kan få (25.5Mev).

En av de største Van de Graaf -generatorene som noen gang er bygget, som ligger i Boston Sciences Museum. Kilde: Beyond min Ken, CC By-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Det er så mye potensialet til Van de Graaff -generatoren, at i luften rundt metallfærene er det elektriske utslipp. Disse utslippene er produktet av ubalansen i elektriske ladninger, ettersom kulene skaffer seg veldig negative eller veldig positive elektriske ladninger; Alt avhengig av materialer og design.

Denne gjenstanden er ganske populær i undervisningen i fysikk og strøm. Dette er fordi frivillige, når de berører sfærer eller metallkupler fra små generatorer, opplever en ufrivillig løfting av håret, som husker en elektrokusjon.

[TOC]

Graaff Van Generator Parts

Forenklet representasjon av driften av en Graff varebilgenerator. Kilde: Dake, modifisert av Gonfer00, CC BY-SA 2.5, via Wikimedia Commons

I det overlegne bildet har vi de konvensjonelle delene til en Graaff varebilgenerator. Den har en vertikal ramme toppet av en hul sfære eller metallkuppel (1). Innvendig har vi et bånd eller et belte (4 og 5) laget av polymer og isolerende materiale, for eksempel det kirurgiske røret.

Det kan tjene deg: Gjennomsnittlig vinkelhastighet: Definisjon og formler, løste øvelser

Dette beltet beveger seg stadig mellom to ruller: en overlegen (3), og en lavere (6). På samme måte har hver rull en annektert en metallbørste (2 og 7) som berører belteoverflaten. Beltebevegelsen aktiveres av en elektrisk motor koblet til generatorbasen.

Som det fremgår av bildet, er generatorfæren positivt ladet (+). Derfor trenger den elektroner for å levere elektrisk ubalanse. Det er her elektronene (-) som lar generatoren ende opp med å laste en nærliggende metallenhet i nærheten (8); Å endelig produsere et elektrisk støt (9) i retning av den metalliske kuppelen.

Det elektriske støtet kan skje enten i retning av kuppelen, eller i retning av enheten; Sistnevnte oppstår når det er kuppelen som er negativt ladet.

Hvordan fungerer en grevende varebilgenerator?

Triboelektriske serier

Van de Graaff -generatoren kan være positivt eller negativt. Symbolet på belastningen vil avhenge av triboelektriske natur av materialene som beltet og belegget av den nedre rullen er laget.

For eksempel, hvis den nedre rullen er dekket med nylon, men som gummibeltet, bør triboelektriske serien sjekkes for å vite hvilket materiale som vil motta og hvilke som vil donere elektronene når de kommer i kontakt.

Dermed, nylonet for å være mer positiv, det vil si å være lenger opp i triboelektriske serien enn gummien, så vil den miste elektroner mens gummien vil vinne dem. Derfor vil beltet ende opp med å bevege eller mobilisere negative belastninger når generatormotoren er slått på.

Det kan tjene deg: kutteinnsats: Hvordan blir beregnet og løst

I mellomtiden, hvis den nedre rullen er belagt med silikon, vil det motsatte skje: Beltet vil miste elektroner, siden silikon er mer negativt enn gummi i triboelektriske serier. Og følgelig vil beltet fortrenge eller mobilisere positive belastninger (for eksempel på bildet som allerede er beskrevet).

Lastforskyvning

Triboelektrisitet er bare en av de mange elektriske fenomenene (kron- og fotoelektriske effekter, Faraday isbøtte, elektriske felt, etc.) som foregår i Van de Graoff -generatoren. Men det sentrale poenget er at det kan bevege seg, mobilisere eller "pumpe" elektriske ladninger til den metalliske kuppelen.

Når den nedre rullen er lastet negativt etter at motoren er betjent, og beltet positivt, begynner rullelektronene å avvise de i det ytre ansiktet til beltet. Disse elektronene vandrer, gjennom luften, til den nedre børsten, hvor de vil bli kjørt til jorden eller annen enhet.

Det positive beltebeltet når den øvre rullen, som har en triboelektrisk karakter i motsetning til den nedre rullen; Det vil si at i stedet for å lade negativt, må den miste elektroner og derfor også lade positivt. Dermed beveger den positive belastningen seg til den øvre rullen, og til slutt, mot den øvre børsten i direkte kontakt med metallkuppelen.

Øvre børsteelektroner transporteres til rullen for å nøytralisere belastninger. Men disse elektronene kommer fra overflaten av den metalliske kuppelen. Derfor får kuppelen også en positiv belastning.

Elektrisk støt

Kuppelen vil i henhold til dens dimensjoner nå et maksimalt potensial. Etter det må elektriske kostnader være balansert. Når du er veldig positiv, vil du motta elektroner fra en veldig negativt lastet kilde: enheten som mottar de nedre børsteelektronene. Dermed er det et elektrisk støt (gnist) fra enheten (negativ) til den metalliske (positive) kuppelen.

Kan tjene deg: Higroskopisitet: konsept, hygroskopiske stoffer, eksempler

Jo større de elektriske potensialene oppnådd, proporsjonale med generatordimensjonene, jo mer intense vil de elektriske utslippene bli reprodusert. Legg merke til at hvis de ikke var så store, kunne ikke elektronene reise gjennom luften, et ikke -driver dielektrisk medium.

applikasjoner

Lærere

Håret til denne mannen er elektrisk ladet og frastøter hverandre fordi de har samme belastning som metallfæren til generatoren. Kilde: Adam Engelhart via Flickr (https: // www.Flickr.com/bilder/telux/537906436/in/photosstream/)

Hvis metallfæren er positivt ladet, og noen berører det, vil håret også lastes positivt. Like ladninger frastøter, og derfor vil håret børste og skille seg fra hverandre. Dette fenomenet brukes til utdanningsformål på kursene der elektrostatisk blir introdusert.

Dermed brukes Van de Graaf -generatorer av små størrelser for å fange observatørens oppmerksomhet når det gjelder Brizming av håret; eller i kontemplasjonen av elektriske utslipp, trofaste kopier vi ser i science fiction -filmer.

Partikkelakselerator

Når kuppelen konsentrerer mange elektriske ladninger, genereres det et potensial som er i stand til å akselerere subatomiske partikler. For dette formålet brukes Graaf Van -generatoren til å reprodusere x -stråler i medisinske studier og kjernefysikk.

Referanser

1. Serway, r. TIL. og Jewett, J. W. (2005). Fysikk for vitenskap og ingeniørfag. Volum 2. Syvende utgave. Redaksjonell Cengage Learning.
2. Wikipedia. (2020). Van de Graaff Generator. Hentet fra: i.Wikipedia.org
3. Magnet Academy. (17. juni 2019). Van de Graaff Generator. Gjenopprettet fra: NationalMaglab.org
4. Seattle University. (2020). Elektrostatikk - Aluminiumskåler med Van de Graaf -generator. Gjenopprettet fra: Seattleu.Edu
5. John Zavisa. (1. april 2000). Hvordan Van de Graaff generatorer fungerer. Gjenopprettet fra: Science.Howstuffwork.com