شتاب دهنده های ذرات باردار - الکترون ها، پروتون ها و یون ها - در زمینه های مختلف علم و فناوری استفاده می شوند. چنین شتاب دهنده هایی را می توان بر روی آنها ساخت اصول مختلف. از جمله در اصل الکترواستاتیک. یکی از انواع ژنراتورهای ساخته شده بر اساس این اصل، ژنراتور Van de Graaff است. این دستگاه که در سال 1929 توسط پروفسور دانشگاه ماساچوست، Van de Graaff اختراع شد، از اصل ایجاد میدان ولتاژ فوق العاده بالا با برق انداختن نوار دی الکتریک که با کمک یک موتور حرکت می کند، استفاده کرد.

طراحی و اصل عملیات

طراحی ژنراتور می تواند عمودی یا افقی باشد. رایج ترین نصب عمودی است.
این ژنراتور شامل:

• یک نوار لاستیک یا ابریشم دی الکتریک بی پایان که با سرعت 20-40 متر بر ثانیه روی 2 قرقره چرخان حرکت می کند.
• 2 قرقره. قرقره پایینی از فلز ساخته شده است و توسط یک موتور الکتریکی می چرخد ​​و قرقره بالایی از یک دی الکتریک مانند شیشه اکریلیک ساخته شده است.
• یک الکترود فلزی توخالی به شکل یک نیمکره که در داخل آن یک قرقره بالایی وجود دارد. این الکترود بر روی یک عایق نصب شده است.
• منبع ولتاژ بالا

قرقره پایینی زمین است. ولتاژ بالا به الکترود واقع در نزدیکی این قرقره اعمال می شود. الکترودهای ساخته شده به شکل برس یا شانه در فاصله کمی از قرقره های بالا و پایین نصب می شوند. الکترود بالایی به یک نیمکره توخالی متصل است.

اصل عملکرد دستگاه

تحت تأثیر ولتاژ بالا، یونهای دارای بار مثبت در لایه هوا که بین الکترود برس پایینی و قرقره پایینی قرار دارد تشکیل می شود. این یون ها به قرقره فلزی جذب می شوند، روی نوار دی الکتریک رسوب می کنند و به الکترود نیمکره توخالی منتقل می شوند. با استفاده از الکترود برس بالایی، این یون ها از نوار جدا شده و روی سطح الکترود کروی می افتند. با گذشت زمان، بار جمع می شود و پتانسیل این الکترود نسبت به زمین افزایش می یابد.

حداکثر مقدار ولتاژ حاصل توسط ولتاژ تخلیه ای که در اطراف الکترود کروی در نتیجه یونیزاسیون هوای اطراف الکترود رخ می دهد تعیین می شود. با افزایش قطر کره، این تنش افزایش می یابد.

برای افزایش آن در تاسیسات با کره نسبتا کوچک، دستگاه را در محفظه ای هرمتیک قرار می دهند که تحت فشار 20 اتمسفر با گازهایی با قدرت الکتریکی بالا پر می شود. این گازها شامل نیتروژن، فریون و گازهای دیگر است. این بدنه، ساخته شده از مواد عایق، همچنین برای اطمینان از ایمنی مردم عمل می کند.

ژنراتور پشت سر هم

ژنراتور پشت سر هم از 2 مرحله تشکیل شده است. در چنین ژنراتوری، یون های منفی ایجاد می شوند که به سمت الکترود واقع در پتانسیل مثبت بالا، واقع در وسط یک ظرف پر از گاز، پرواز می کنند. با عبور از کانال داخل الکترود، یون های منفی با انرژی 10 مگا ولت الکترون های خود را رها کرده و به یون های مثبت تبدیل می شوند. در مرحله بعد پرتو این الکترون های مثبت به سمت الکترود حرکت می کند که پتانسیل صفر دارد. بنابراین، می توان یک پرتو پروتون با انرژی دو برابر به دست آورد.

استفاده

ژنراتورهای Van de Graaff اغلب در تحقیقات اتمی و پزشکی استفاده می شوند.

در حالت اول، آنها برای انجام واکنش های هسته ای و وارد کردن ذرات به شتاب دهنده ها استفاده می شوند. چنین تاسیساتی در اکثر آزمایشگاه‌های هسته‌ای موجود است، جایی که محققان با ذرات با انرژی کم و متوسط ​​سروکار دارند.
در این گونه شتاب دهنده ها، تحت تأثیر ولتاژ ایجاد شده توسط ژنراتور، پرتوهای ذرات تشکیل شده و شتاب می گیرند.

در مورد دوم از ژنراتورها برای پرتودرمانی و تحقیقات استفاده می شود. در این حالت پرتوهای ذرات به هدف برخورد کرده و تشعشع سختی ایجاد می کنند.

علاوه بر این، از چنین ژنراتورهایی می توان به عنوان کمک آموزشی برای نشان دادن پدیده های الکترواستاتیکی و همچنین برای مطالعه تخلیه رعد و برق و برخورد صاعقه استفاده کرد.

مشخصات

اولین ژنراتور از این نوع ولتاژ 80 کیلو ولت تولید می کرد. متعاقباً، مخترع ولتاژهای 1 MV و 7 MV را به دست آورد. در این مورد، ولتاژ منبع اولیه 50 کیلو ولت بود.

تاسیسات مدرن با استفاده از این ژنراتور امکان دستیابی به ولتاژ 20 میلیون ولت را فراهم می کند. برای این کار از نصب های پشت سر هم استفاده می شود. در این حالت، جریان در پرتوها می تواند به چندین میلی آمپر برسد و انرژی ذرات می تواند به 40-50 MeV برسد.

برای تولید ذرات با انرژی بالاتر، از تاسیسات قدرتمندتری استفاده می شود - سیکلوترون ها، برخورد دهنده ها.

قوی ترین ژنراتور Van de Graaff در آزمایشگاه دارزبری انگلیسی مورد استفاده قرار گرفت، جایی که آزمایش های هسته ای از سال 1983 تا 1993 انجام شد. در این نصب از یک ژنراتور پشت سر هم استفاده شد که ولتاژ 20 MV را توسعه می داد. این ژنراتور در ساختمانی به ارتفاع 70 متر قرار داشت.

قبل از جنگ، اتحاد جماهیر شوروی نیز یک ژنراتور بزرگ از این نوع ساخته بود. گلوله های فلزی با قطر 5 متر بر روی 2 مقره چینی نصب شد. در حین تخلیه، رعد و برق به اندازه 15 متر ظاهر شد، در همان زمان، زمان شارژ به 10 دقیقه رسید و میانگین توان نصب کمتر از 100 وات بود.

ژنراتور برای آزمایش و آموزش

ژنراتورهای Van de Graaff را می توان برای انجام آزمایشات در زمینه های فیزیک و الکترواستاتیک استفاده کرد. در عین حال تعداد زیادیژنراتورها به صورت تجاری در دسترس هستند. همچنین بسیاری از طرح ها و طرح های مختلف برای خود ساختهژنراتور

نمونه ای از این دستگاه ها ژنراتور تولید شده توسط شرکت آلمانی 3B Scientific GmbH است. قیمت چنین دستگاهی 104076 روبل است.

مشخصات اصلی دستگاه:

• ولتاژ تولید شده حدود 100 کیلو ولت است.
• جریان اتصال کوتاه - 15 μA؛
• منبع تغذیه موتور از شبکه AC؛
• مصرف برق -13 VA;
• ابعاد -240x120x620 میلی متر؛
• ابعاد توپ - قطر 90 میلی متر، ارتفاع 420 میلی متر.
• وزن ژنراتور -5.8 کیلوگرم.

هنگام کار با این دستگاه، باید تعدادی از الزامات ایمنی را رعایت کنید:

1. این دستگاه ممکن است برای افرادی که نزدیک دستگاه هستند و دارای ضربان ساز هستند، خطری ایجاد کند.
2. ممکن است باعث تداخل RF در رایانه و سایر دستگاه های الکترونیکی شود.
3. از دستگاه در مناطق مرطوب استفاده نکنید.
4. مدارهای دستگاه را لمس نکنید.
5. دستگاه را فقط می توان به پریز برق متصل کرد.
6. هنگام تعویض فیوز، حتما دستگاه را از برق جدا کنید.

آماده سازی و روشن کردن دستگاه:

1. قبل از روشن کردن ژنراتور، کره را با بلند کردن آن جدا کنید.
2. سطح قرقره ها را تمیز کنید. در صورت لزوم آنها را بشویید و با سشوار خشک کنید.
3. تسمه را داخل قرقره ها نصب کنید.
4. کره را در جای خود قرار دهید.
5. صفحه فلزی و الکترود را زمین کنید.
6. موتور را روشن کرده و سرعت مورد نیاز را انتخاب کنید.
7. برای بررسی شارژ با تولید جرقه، نوار را به آرامی به سمت کره فلزی حرکت دهید.
8. در صورت وجود رطوبت، دستگاه را با سشوار خشک کنید.

مزایا و معایب

کرامتژنراتورهای Van de Graaff به این صورت است که با کمک آنها می توان پرتوهایی از ذرات باردار را به دست آورد که دارای ویژگی های زیر هستند:

• تداوم؛
• شدت بالا؛
• پایداری انرژی عالی این مشخصه پرتو به مقدار 0.01٪ می رسد.
• واگرایی کم (کمتر از یک هزارم رادیان).

معایب ژنراتورها:

• محدودیت در میزان ولتاژهای حاصل و انرژی ذرات؛
• افزایش الزامات برای ولتاژ شکست ستون ها و نوارها؛
• مشکلات در اندازه گیری ولتاژهای فوق العاده بالا؛
• وجود قطعات چرخشی که قابلیت اطمینان دستگاه را کاهش می دهد.

فیزیکدان آمریکایی رابرت ون دو گراف اتفاقاً در نقطه اتصال دو دوره بزرگ علمی - برق و فیزیک هسته ای - به دنیا آمد و کار کرد. ژنراتوری که او در سال 1929 ایجاد کرد و به نام او در تاریخ ثبت شد، برای اولین تحقیقات هسته ای فیزیکی به عنوان یک شتاب دهنده ذرات در نظر گرفته شد. پس از گذشت تنها دو سال، این تاسیسات تخلیه هایی با توان 7 میلیون ولت تولید کرد.

اصل عملکرد یک ژنراتور Van de Graaff

ژنراتور Van de Graaff یکی از اولین شتاب دهنده های خطی است. با این وجود، هر کسی که حتی دانش کمی از مهندسی برق داشته باشد، می تواند مدل فعلی آن را بازتولید کند.

ژنراتور از دو کره تشکیل شده است که بارهای مثبت و منفی روی آنها اعمال می شود، یک نوار حلقه دی الکتریک که روی 2 غلتک چرخان (بالا و پایین) کشیده شده است، دو الکترود به شکل برس هایی که در نزدیکی غلتک ها قرار دارند و الکترود بالایی به سمت داخلی بسته است. سطح کره، و پایین به یک منبع ولتاژ بالا متصل است.

دستگاه با چرخش نوار کشیده شده روی غلتک ها شروع به کار می کند. غلتک بالایی از مواد دی الکتریک و غلتک پایینی از فلز با زمین ساخته شده است. الکترود بالایی به یک کره فلزی وصل شده است و الکترود پایینی که به یک منبع ولتاژ بالا متصل است، هوای اطراف را یونیزه می کند و یون های مثبتی را ایجاد می کند که به کمربند متحرک می چسبد.

این، مانند یک نوار نقاله، بارهای مثبت را "بالا" می فرستد، جایی که آنها توسط یک الکترود برس از غلتک خارج می شوند و آنها را به سطح داخلی کره منتقل می کنند، جایی که بارها انباشته می شوند.

در همان زمان، بارهای منفی روی کره دیگر جمع می شوند. به محض اینکه پتانسیل انباشته شده به سطح بحرانی برسد، تخلیه الکتریکی رخ می دهد.

در طلوع عصر هسته ای، ژنراتور ون دو گراف برای مدتی به عنوان یک شتاب دهنده ذرات خطی مورد استفاده قرار گرفت. اما "حرفه" علمی فعال او دیری نپایید. خیلی زود، شتاب دهنده های نسل جدید ظاهر شدند که از نظر قدرت و توانایی با نسل قبلی خود غیرقابل مقایسه بودند.

با این حال، برخلاف "همتایان" خود، دستگاه های الکتریکی از اواسط قرن گذشته که به عنوان قراضه نوشته شده اند، ژنراتور Van de Graaff زندگی نسبتاً فعالی دارد. او از مراکز تحقیقاتی پیشرو به کلاس‌های فیزیکی مدرسه و آزمایشگاه‌های مؤسسه نقل مکان کرد و به عنوان مثال، ضروری شد. کمک آموزشیبرای مدل سازی تخلیه های طبیعی در یک محیط گازی.

شاید یکی از مشهورترین تجربیات، "تجربه مو ایستادن" نامیده شود. برای انجام این کار باید روی یک تشک لاستیکی بایستید یا تخته چوبیو ژنراتور روشن وان دی گراف را لمس کنید. آنهایی که موهای حجیم دارند سورپرایزی دارند که ارزش عکس و پست بعدی در اینستاگرام را دارد.

ژنراتور DIY Van de Graaff

این تز معروف را در بر می گیرد: "همه چیز مبتکرانه ساده است." در یوتیوب و در سایت های اینترنتی می توانید ده ها نسخه از ژنراتورهای ون دو گراف کار را پیدا کنید، ساخته شده توسط صنعتگران از مواد کاملاً در دسترس - مداد، ضایعات لوله های آبپی وی سی، نوارهای لاستیکی، گیره های کاغذ، باتری ها، موتورهای الکتریکی از اسباب بازی ها، نوار، سیم، و غیره. این لیست تنها با تخیل و صلاحیت مخترعان محدود شده است.

مقرون به صرفه ترین گزینه یک لوله پی وی سی برش خورده است که در داخل آن غلتک های دوار به محورها متصل می شوند و با یک نوار قوی به یکدیگر متصل می شوند. برای نصب محورها از آهن لحیم گرم شده برای ایجاد سوراخ های موازی در بالا و پایین استفاده کنید.

سوراخ دیگری برای برس عمود بر محور پایین ایجاد می شود. غلتک پایین و قلم مو به یک موتور الکتریکی متصل می شوند. می توانید از قوطی نوشابه 0.33 لیتری استفاده شده به عنوان کره استفاده کنید. یک برس به سمت داخل لوله متصل می شود تا بار مثبت را حذف کند. پس از این، ساختار مونتاژ می شود. همین است، می توانید شروع کنید. پس از چند دقیقه، باید کره شیشه را به جریان آب بیاورید و تحت تأثیر میدان مغناطیسی کمی منحرف می شود. Q.E.D.

ژنراتور Van de Graaff در آغاز قرن بیستم اختراع شد. این برای اهداف مختلف، به ویژه برای تحقیقات هسته ای مورد استفاده قرار گرفت. بعداً استفاده محدود شد. امروز می توانید آن را به عنوان یک اسباب بازی بخرید و شناور شدن اشیاء مختلف را به کودکان نشان دهید. شما همچنین می توانید یک ژنراتور را خودتان بسازید. سپس به یک مدل آموزشی عالی تبدیل می شود که آزمایش های مختلفی با آن انجام می شود.

ترفندهای کودکانه

آیا می خواهید "جادو" ایجاد کنید؟ یک کیسه پلاستیکی بردارید، دو انتهای آن را ببرید و با یک نخ ببندید تا یک پاپیون درست کنید. سپس یک خط کش پلاستیکی معمولی را کاملاً روی آن بمالید اقلام پشمیو آن را به کمان بیاور: پرواز آغاز خواهد شد...

آماده " عصای جادویی"با فیگورهایی که می توانید چنین ترفندهایی را انجام دهید، می توانید آنها را در فروشگاه خریداری کنید.

اما ساده ترین راه برای دیدن "جادو" این است که به سادگی گربه را نوازش کنید. سپس می توانید الکتریسیته ساکن را که به وجود می آید، احساس کنید و ببینید.

اما اسباب‌بازی‌ای که طرح ژنراتور Van de Graaff را تکرار می‌کند روی آن کار می‌کند باتری. هنگامی که دکمه فشار داده می شود، یک بار الکترواستاتیک در نوک ایجاد می شود. بنابراین، شکل آن را می پذیرد و اتهاماتی به همین نام شروع به دفع یکدیگر می کند. از آنجایی که شکل به روش خاصی برش داده می شود، "باد" می شود و حجم می یابد. اگر شارژ ضعیف شد، فقط باید دکمه "جادویی" را دوباره فشار دهید.

کمی تاریخچه

البته ژنراتور Van de Graaff فقط اسباب بازی کودکان نیست. خود این فیزیکدان، ذهن خود را برای انجام تحقیقات جدی در بخش فیزیک اتمی خلق کرد. اولین نمونه نمایشی در سال 1929 ساخته شد. او بود اندازه کوچک. ژنراتور Van de Graaff نصب شده روی ریل کشتی هوایی ابعاد چشمگیرتری دریافت کرد. این مدل از دو ستون تشکیل شده بود که در بالای آنها کره های توخالی آلومینیومی به قطر پانزده فوت قرار داده شده بود.

این تاسیسات که در سال های 1931 و 1933 ساخته شدند، به توان هفت میلیون ولت رسیدند. اما تنها شارژی تا هشتاد کیلوولت توسط اولین ژنراتور Van de Graaff ارائه شد.

اصل عملیات

یک نوار کاغذ دی الکتریک به صورت عمودی در داخل می چرخد. غلتکی که در بالا قرار دارد دی الکتریک است و پایین آن از فلز ساخته شده و به زمین متصل است. الکترود برس موجود در کره، باری را که به طور مساوی در کره توزیع می شود، از بین می برد و تامین می کند. در نزدیکی الکترود واقع در زیر، هوا یونیزه می شود، یون های مفید روی نوار می نشینند و بخشی از آن که بالا می رود شارژ می شود.

برای به دست آوردن اختلاف پتانسیل بالا در شتاب دهنده های ذرات خطی (که این ژنراتورها برای آن بودند)، از دو کره با بارهای مختلف استفاده شد. در یکی از آنها موارد مثبت انباشته شده است و در دیگری - موارد منفی. هنگامی که غلظت به حد معینی رسید، یک تخلیه الکتریکی بین آنها پرید. او بود که مورد مطالعه قرار گرفت. ولتاژ در اینجا به میلیون ها ولت رسید.

قبلاً از این دستگاه ها برای تحقیقات هسته ای و شتاب ذرات استفاده می شد. پس از ظهور سایر روش‌های شتاب، استفاده از آنها در این زمینه بسیار کمتر شد. در حال حاضر، ژنراتور Van de Graaff عمدتا برای مدل سازی استفاده می شود. به عنوان مثال می توان از آن برای شبیه سازی تخلیه گاز طبیعی استفاده کرد. به جای تسمه، تأسیسات اغلب از زنجیر متشکل از پیوندهای پلاستیکی و آهنی به طور متناوب استفاده می کنند.

آنچه برای مونتاژ دستگاه خود نیاز دارید

ساخت این مدل با استفاده از مواد موجود آسان است. ژنراتور Van de Graaff که با دستان شما مونتاژ شده است از اجزای زیر تشکیل شده است:

• مداد؛
• برش لوله پی وی سی؛
• نوارهای الاستیک؛
• گیره کاغذ؛
• فویل آلومینیومی؛
• موتور از یک اسباب بازی؛
• لامپ غیر کار؛
• خمیرهای خشک از قلم؛
• باتری های نه ولتی؛
• نوار;
• سیم؛
• تخته ها

تمام عناصر و همچنین هوای اتاق باید خشک باشند. در غیر این صورت، طراحی به سادگی کار نخواهد کرد، یا کار خواهد کرد، اما بسیار ضعیف است.

این چیزی است که یک ژنراتور Van de Graaff به نظر می رسد. عکس زیر نشان می دهد که مدل باید چگونه باشد.

چگونه خودتان یک ژنراتور بسازید

ابتدا یک سوراخ روی تخته حفر می شود که به پایه سازه تبدیل می شود. مته با قطر مناسب انتخاب می شود و شکل آن به صورت پر است. سپس دو سوراخ روی لوله ایجاد می شود: بالا و پایین، برای خمیر. دو سوراخ دیگر ایجاد کنید: یکی کمی بالاتر از یکی از بالا، و دوم - عمود بر سوراخ پایین.

در مرحله بعد، خمیر باید کاملاً از جوهر پاک شود. یک قطعه مطابق با قطر داخلی لوله را برش دهید. یک گیره کاغذ بردارید، آن را صاف کنید و یک قطعه را به اندازه ای برش دهید که یک سانتی متر از لوله بیرون بزند.

نوار دی الکتریک از نوار چسب ساخته شده است. آدامس به گونه ای چسبانده می شود که دو طرف آن نیز چسبنده باشد.

عناصر آماده شده جمع آوری می شوند.

برس ها برای جمع آوری شارژ اضافه می شوند. در قسمت پایین، قلم مو از سوراخ عبور می کند و نوک آن کرکی می شود. برس ها باید نزدیک باند الاستیک باشند، اما به آن دست نزنند. قسمت بالایی از سوراخ بالایی رد می شود.

پس از این، با استفاده از فویل آلومینیومی، روی لامپ دیگر کار نمی‌کنند. سیم بالایی به فویل وصل شده است. لامپ در بالای سازه قرار می گیرد.

ژنراتور Van de Graaff برای آموزش آماده است.

آزمایشات

اگر چندین نخ را به الکترود بالایی بچسبانید و دست‌هایتان را نزدیک‌تر کنید، آن‌ها «در سرشان بایستند» و دور انگشتانتان بپیچند. سعی کنید آزمایش هایی را در تاریکی انجام دهید.

برای به دست آوردن ولتاژ قوی تر، دو ژنراتور متصل می شوند.

یک گزینه خوب برای آزمایش یک شیشه لیدن خواهد بود.

معروف ترین تجربه تجربه ای است که در آن مو سیخ می شود. برای این کار باید روی تخته چوبی یا تخته سه لا بایستید. عقربه روی کره قرار می گیرد (ژنراتور باید خاموش باشد تا برق گرفتگی نداشته باشد). پس از روشن شدن دستگاه جرقه ای ایجاد می شود که باعث سیخ شدن موهای شما می شود.

ژنراتور باید پس از هر بار استفاده تخلیه شود و با احتیاط کامل کار شود، زیرا جریان می تواند برای انسان کشنده باشد.

ژنراتور Van de Graaffقادر به تولید پتانسیل الکترواستاتیک صدها هزار ولت است. چنین تاسیساتی در بسیاری از آزمایشگاه‌ها و موزه‌های پلی‌تکنیک موجود است، جایی که از آنها در آزمایش‌های مختلف مرتبط با برق استفاده می‌شود. درست است، آنها از ژنراتورهایی استفاده می کنند که دو قد انسان دارند. ما سعی خواهیم کرد یک نصب دسکتاپ فشرده بسازیم.

این ژنراتور به افتخار فیزیکدان هلندی R. J. Van de Graaff نامگذاری شده است که در سال 1931 برای آزمایشات خود در زمینه الکترواستاتیک آن را طراحی کرد. از آن زمان، تاسیساتی که جرقه می اندازند را می توان حتی در کلاس های فیزیک مدرسه پیدا کرد، و گاهی اوقات آنها را ماشین های الکتروفور می نامند. ما سعی خواهیم کرد تقریباً همان ژنراتوری را که خود ون دو گراف در نظر داشت با دستان خود بسازیم.

برای طراحی یک ژنراتور Van de Graaff به موارد زیر نیاز دارید:

• قوطی نوشابه فلزی خالی؛
• میخک کوچک؛
• الاستیک حلقه تقریباً 0.5 سانتی متر عرض و 8 - 10 سانتی متر قطر.
• فیوز الکتریکی شیشه ای 5x20 میلی متر؛
• موتور الکتریکی دی سی(به عنوان مثال، از یک اسباب بازی)؛
• گیره تمساح;
• نگهدارنده باتری؛
• فنجان فوم یا لیوان کاغذی؛
• تفنگ چسب داغ یا لوله چسب برای پلاستیک؛
• دو قطعه سیم برق مسی؛
• دو طول لوله لوله کشی پی وی سی 3/4 اینچی؛
• کوپلینگ پی وی سی 3/4 اینچی؛
• سه راهی لوله کشی PVC 3/4 اینچی T شکل.
• نوار برق و پایه چوبی.

نصب ممکن است پیچیده به نظر برسد، اما اگر به تصاویر نگاه کنید، خواهید دید که می توان آن را فقط در یک شب نصب کرد. نکته اصلی این است که تمام قطعات لازم را ذخیره کنید.

نصب ژنراتور

نصب را با پایه چوبی شروع کنید. یک قطعه 5 تا 7 سانتی متری به آن بچسبانید لوله پلاستیکیقطر 3/4 اینچ. ژنراتور شما بر روی این فونداسیون نصب می شود تا در صورت لزوم، اگر مثلاً نیاز به تعویض لاستیک در آن یا ایجاد تغییراتی در طرح دارید، به راحتی بتوان آن را جدا کرد.

یک موتور الکتریکی در یکی از زانوهای سه راهی لوله کشی قرار می گیرد. از آنجایی که موتور معمولاً قطر کمی دارد، باید در کاغذ یا نوار الکتریکی پیچیده شود تا بدنه با مقداری نیرو در لوله قرار گیرد. یک تکه لوله پلاستیکی با قطر مناسب را روی شفت موتور بکشید.

سپس یک سوراخ کوچک در کنار لوله T دریل کنید. از طریق آن، انتهای یک سیم رشته‌ای را که به شکل برس یا برس «شکسته شده» داخل آن قرار دهید تا با قرار دادن آن در نزدیکی نوار لاستیکی، بتوانید بار الکترواستاتیک را از آن جدا کنید.

می توانید از نوار یا چسب برای محکم کردن سیم در جای خود استفاده کنید. نوار الاستیک حلقه را در پایین قرقره بیندازید و قسمت باقیمانده را همانطور که در تصویر نشان داده شده است به سمت بالا بکشید.

سپس یک استوانه به طول 5 تا 7 سانتی متر از لوله لوله کشی 3/4 اینچی ببرید. همانطور که در تصویر نشان داده شده است باید در بالای کانکتور T شکل محکم شود. کش را تا انتها به سمت بالا بکشید و با یک میخ موقعیت را ثابت کنید.

باید در نظر داشت که طول لوله باید به گونه ای باشد که نوار الاستیک بیش از حد کشیده نشود. در غیر این صورت، به دلیل افزایش اصطکاک، موتور با بار بیش از حد کار می کند.

کف آن را به ارتفاع 1.5-2 سانتی متر از فنجان پلی استایرن ببرید، آن را زیر و رو کنید و سوراخی در قسمت زیرین آن ایجاد کنید تا به خوبی روی لوله 3/4 اینچی قرار گیرد.

حالا سه سوراخ در بالای کوپلینگ دریل کنید. دو تا از این سوراخ ها باید کاملاً متضاد یکدیگر باشند تا یک میخ کوچک بتواند از میان آنها بگذرد و به عنوان پلی برای الاستیک عمل کند. سوراخ سوم بین دو سوراخ دیگر به گونه ای قرار دارد که برس سیمی وارد شده در آن، مانند برس پایین، در هنگام سفت شدن، تقریباً کش را لمس می کند.

برس داخل کوپلینگ قرار می گیرد و خود کوپلینگ روی لوله 3/4 اینچی بالای یقه فنجان قرار می گیرد. نوار لاستیکی داخل آستین قرار می گیرد و مانند قبل با میخ در جای خود نگه داشته می شود. به هر حال ، سیم های منفرد "منگوله" باید تقریباً در تمام طول به هم پیچیده شوند تا سیم های منفرد از هم جدا نشوند.

اکنون تنها چیزی که باقی می ماند این است که لوله شیشه ای را در جای خود قرار دهید. ساده ترین راه این است که آن را از یک فیوز الکتریکی بگیرید، مانند آنچه در دستگاه های رادیویی استفاده می شود. با استفاده از آهن لحیم کاری، درپوش فلزی یک سر فیوز را با دقت گرم کنید و با انبردست آن را از لوله خارج کنید. همین کار را با کلاهک دیگر انجام دهید.

سپس انتهای میخ را از یک سوراخ کوپلینگ بیرون آورده و لوله شیشه ای را روی آن قرار دهید تا لاستیک روی لوله قرار گیرد. میخ را دوباره وارد سوراخ دوم کنید.

"یقه" استایروفوم را به لوله بچسبانید. بهتر است این کار را با یک تفنگ حرارتی انجام دهید، زیرا چسب به سرعت سفت می شود و پلاستیک را حل نمی کند.

اما در اصل همین کار را می توان با استفاده از چسب مناسب دیگری برای پلاستیک انجام داد.

اکنون آماده نصب قوطی آلومینیومی هستید. برای ولتاژ بالا خوب است زیرا لبه های گرد دارد که تخلیه کرونا را به حداقل می رساند. تنها چیزی که باقی می ماند این است که درب بالایی را با یک چاقوی تیز با دقت برش دهید، لبه های بریده شده را مثلاً با استفاده از پیچ گوشتی صاف کنید و با برگرداندن شیشه، آن را روی یقه پلی استایرن قرار دهید و انتهای آزاد سیم بالایی را رد کنید. "منگوله" - برس داخل.

آخرین مرحله اتصال موتور به باتری با استفاده از سیم است. در این حالت، ولتاژ تغذیه باید مطابق با ولتاژی باشد که موتور الکتریکی مورد استفاده شما برای آن طراحی شده است.

اگر برس های بالا و پایین قوطی به درستی قرار گرفته باشند - بسیار نزدیک به نوار لاستیکی، اما به آن دست نزنید - به محض اینکه انگشت خود را به قوطی آلومینیومی نزدیک می کنید، باید یک شوک الکتریکی خفیف احساس کنید.

راه اندازی و راه اندازی ژنراتور Van de Graaff

اگر هنگام کار موتور هیچ نشانه ای از ولتاژ الکترواستاتیک بالا پیدا نکردید (بدون جرقه، قوطی نوارهای کاغذی را جذب نمی کند)، باید تنظیم ژنراتور را شروع کنید.

ابتدا نوع دیگری از کش را امتحان کنید. برخی از انواع لاستیک دارای مقداری رسانایی هستند و بنابراین نمی توانند پتانسیل بالایی را ارائه دهند.

از تمیز بودن تمام قطعات نصب اطمینان حاصل کنید. کثیفی و چربی نیز می تواند باعث خرابی دستگاه شما شود.

بررسی کنید که آیا برس بالایی با فلز قوطی تماس قابل اعتمادی دارد یا خیر. برخی از شیشه ها دارای پوشش پلاستیکی در داخل هستند. سپس بهتر است یک شیشه دیگر بردارید.

وجود لبه های تیز که فراتر از نصب است را بررسی کنید. آنها می توانند منبع تخلیه کرونا شوند و ولتاژ جمع نمی شود.

مطمئن شوید که برس ها به خود باند لاستیکی دست نزنند. باید فاصله ای بین آنها وجود داشته باشد.

: 1 - شفت موتور الکتریکی; 2 - لوله شیشه ای; 3 - میخک؛ 4 - برس سیمی; 5 - کره; 6 - باند الاستیک؛ 7 - برس سیمی.

صحت کل نصب را با مقایسه کارهایی که انجام داده ایم بررسی کنید نمودار مدارتاسیسات

پس از راه اندازی ژنراتور، با معلم فیزیک خود در مورد آزمایش های جالبی که می توانید با استفاده از ژنراتور ساخته شده انجام دهید، مشورت کنید. به عنوان مثال، اگر یک دسته از نوارهای کاغذی را روی یک قوطی آلومینیومی با ژنراتور خاموش آویزان کنید، با افزایش ولتاژ، نوعی "دسته گل" عجیب و غریب را تشکیل می دهند.

یا می توانید از ژنراتور Van de Graaff برای تولید الکتریک استفاده کنید - منابع ابدی ولتاژ الکتریکی که برای مثال در میکروسکوپ ها استفاده می شوند.

در غیر این صورت ممکن است مورد سوال و حذف قرار گیرد.
.php?title=%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80_%D0%92%D0%B0% D0%BD_%D0%B4%D0%B5_%D0%93%D1%80%D0%B0%D0%B0%D1%84%D0%B0&action=ویرایش] این مقاله با افزودن پیوندهایی به.
این علامت تنظیم شده است 17 فوریه 2013.

[[K:Wikipedia:مقالات بدون منبع (کشور: خطای Lua: callParserFunction: تابع "#property" پیدا نشد. )]][[K:Wikipedia:مقالات بدون منبع (کشور: خطای Lua: callParserFunction: تابع "#property" پیدا نشد. )]]

ژنراتور Van de Graaff- ژنراتور ولتاژ بالا که اصل کار آن بر پایه برق رسانی یک نوار دی الکتریک متحرک است. اولین ژنراتور توسط فیزیکدان آمریکایی رابرت ون دی گراف در سال 2007 ساخته شد و امکان بدست آوردن اختلاف پتانسیل تا 80 کیلو ولت را فراهم کرد. او همچنین در سال های 1931 و 1933 ژنراتورهای قوی تری ساخت که امکان رسیدن به ولتاژهای 1 میلیون و 7 میلیون ولتی را فراهم کرد.

اصل عملیات

خطا در ایجاد تصویر کوچک: فایل یافت نشد

مدار ژنراتور، برای توضیحات به متن مراجعه کنید

یک ژنراتور ساده Van de Graaff از یک نوار دی الکتریک (ابریشم یا لاستیکی) (4 در شکل "نمودار ژنراتور") تشکیل شده است که روی غلتک های 3 و 6 می چرخد، غلتک بالایی دی الکتریک و پایینی فلزی است و به زمین متصل است. . یکی از انتهای نوار در یک کره فلزی 1 محصور شده است. دو الکترود 2 و 5 به شکل برس در فاصله کمی از نوار بالا و پایین قرار دارند و الکترود 2 به سطح داخلی کره متصل می شود. 1. از طریق برس 5، هوا از منبع ولتاژ بالا 7 یونیزه می شود، یون های مثبت حاصل، تحت تأثیر نیروی کولن به سمت غلتک زمین شده 6 حرکت می کنند و روی نوار می نشینند، نوار متحرک انتقال می دهد. بار در داخل کره 1، جایی که توسط برس 2 حذف می شود، تحت تأثیر نیروی کولن، بارها بر روی سطح کره رانده می شوند و میدان داخل کره تنها با بار اضافی روی نوار ایجاد می شود. بنابراین، بار الکتریکی در سطح بیرونی کره جمع می شود. امکان به دست آوردن ولتاژ بالا با تخلیه تاج محدود می شود، که زمانی رخ می دهد که هوای اطراف کره یونیزه می شود.

ژنراتورهای مدرن Van de Graaff از مدارهای متشکل از پیوندهای فلزی و پلاستیکی متناوب به جای نوار استفاده می کنند و پلترون نامیده می شوند.

برنامه

از لحاظ تاریخی، ژنراتورهای ون دو گراف در ابتدا در تحقیقات هسته ای برای شتاب دادن به ذرات باردار مختلف استفاده می شدند. در حال حاضر، نقش آنها در تحقیقات هسته ای با توسعه روش های دیگر برای شتاب دهنده ذرات کاهش یافته است.

آنها همچنان برای شبیه سازی فرآیندهایی که در حین برخورد صاعقه رخ می دهد، برای شبیه سازی تخلیه رعد و برق روی زمین استفاده می شوند.

در ادبیات

در رمان "خدمه مکونگ" نوشته E. L. Voiskunsky و I. B. Lukodyanov، از ژنراتور Van de Graaff برای انتقال خاصیت نفوذپذیری به جامدات استفاده شده است.

عکس

Van De Graaff gen 03.jpg

ژنراتور Van de Graaff

Van De Graaff gen 04.jpg

ژنراتور بدون کره فلزی

Van De Graaff gen 05.jpg

غلتک بالا و شانه

Van De Graaff gen 06.jpg

غلتک پایین و شانه

همچنین ببینید

• Van der Graaf Generator (گروه پراگرسیو راک انگلیسی)

نظری در مورد مقاله "Van de Graaff Generator" بنویسید

یادداشت ها

معروف ترین فرمول نسبیت عام قانون بقای جرم انرژی است

این یک پیش نویس مقاله در مورد فیزیک است. می توانید با اضافه کردن پروژه به آن کمک کنید.

گزیده ای از ویژگی ژنراتور ون دو گراف

"افراد خطرناک اینجا زندگی نمی کنند، ما مدت زیادی است که آنها را نداریم." یادم نیست چند وقت پیش... - جواب داد و تازه متوجه شدیم که وایا در کنار ما نیست، اما میرد به ما خطاب می‌کند...
استلا با ترس به اطراف نگاه کرد، ظاهراً با آشنای جدید ما خیلی احساس راحتی نمی کرد...
- پس اصلا خطری ندارید؟ - تعجب کردم.
پاسخ آمد: «فقط خارجی». - اگر حمله کنند.
- آیا این هم اتفاق می افتد؟
میرد با جدیت پاسخ داد: آخرین باری که قبل از من بود.
صدای او نرم و عمیق در مغز ما مانند مخمل به نظر می رسید، و بسیار غیرعادی بود که فکر کنیم چنین موجود نیمه انسان عجیبی با ما به "زبان" خودمان ارتباط برقرار می کند ... اما ما احتمالاً از قبل به همه چیز عادت کرده ایم. انواع معجزات شگفت انگیز، زیرا در عرض یک دقیقه آنها آزادانه با او ارتباط برقرار کردند و کاملاً فراموش کردند که او یک شخص نیست.
- پس چی - هیچ وقت مشکلی نداری؟! - دخترک با ناباوری سرش را تکان داد. - اما پس اصلاً علاقه ای به زندگی در اینجا ندارید!..
از یک "تشنگی ماجراجویی" واقعی و غیرقابل رفع زمینی صحبت می کرد. و من او را کاملا درک کردم. اما من فکر می کنم توضیح دادن این موضوع برای میارد بسیار دشوار است ...
-چرا جالب نیست؟ - "راهنما" ما متعجب شد و ناگهان در حالی که حرفش را قطع کرد به سمت بالا اشاره کرد. - ببین - ساویا!!!
ما به بالا نگاه کردیم و مات و مبهوت شدیم... موجودات افسانه ای به نرمی در آسمان صورتی روشن شناور بودند!.. آنها کاملا شفاف و مانند هر چیز دیگری در این سیاره، فوق العاده رنگارنگ بودند. به نظر می‌رسید که گل‌های درخشان و شگفت‌انگیزی بر فراز آسمان پرواز می‌کردند، فقط آنها فوق‌العاده بزرگ بودند... و هر کدام از آنها چهره‌ای متفاوت، فوق‌العاده زیبا و غیرزمینی داشتند.
استلا بنا به دلایلی با زمزمه ای کاملا مبهوت گفت: "اوه اوه... ببین... اوه، چه معجزه ای...".
فکر نمی کنم تا به حال او را اینقدر شوکه کرده باشم. اما واقعاً چیزی برای تعجب وجود داشت... تصور چنین موجوداتی در هیچ، حتی وحشیانه ترین فانتزی، غیرممکن بود که گرد و غبار طلایی درخشان را پشت سر او بپاشند... میرد یک «سوت» عجیب و غریب ساخت و افسانه! موجودات ناگهان به آرامی شروع به پایین آمدن کردند و در بالای سر ما یک "چتر" محکم و عظیم را تشکیل دادند که با تمام رنگ های رنگین کمان دیوانه آنها چشمک می زند... خیلی زیبا بود آنچه نفس گیر بود!..
اولین کسی که برای ما فرود آمد ساویا آبی مرواریدی و بال صورتی بود که با بال‌ها و گلبرگ‌های درخشان خود را به شکل یک دسته گل تا کرده بود، با کنجکاوی زیادی به ما نگاه کرد، اما بدون هیچ ترسی... غیرممکن بود که با آرامش به زیبایی عجیب و غریب او نگاه کنم، که او مانند آهنربا مرا جذب کرد و من می خواستم بی پایان او را تحسین کنم ...
- زیاد نگاه نکنید - ساویا جذاب است. شما نمی خواهید اینجا را ترک کنید. میارد به آرامی گفت: زیبایی آنها خطرناک است اگر نخواهی خودت را گم کنی.
- چرا گفتی اینجا هیچ چیز خطرناکی نیست؟ پس این درست نیست؟ - استلا بلافاصله عصبانی شد.
اما این خطری نیست که باید از آن ترسید یا با آن مبارزه کرد.» میرد ناراحت شد: «فکر کردم منظورت این بود که پرسیدی.
- بیا! ما ظاهراً در مورد خیلی چیزها مفاهیم متفاوتی خواهیم داشت. این طبیعی است، درست است؟ - "نجیبانه" دختر کوچک به او اطمینان داد. -میتونم باهاشون صحبت کنم؟
- اگر می شنوی صحبت کن. – میارد به سمت معجزه ساویا که به سمت ما آمده بود رو کرد و چیزی نشان داد.