Van de Graaff -generaattorin osat, miten se toimii, sovellukset

Hän Van de Graaff -generaattori Se on esine, joka toimii sähköstaattisten ilmiöiden ansiosta ja jonka tehtävä koostuu valtavien sähköpotentiaalien toistamisesta mega -elektronvolttien (MEV) luokkaa, nopeuttaakseen subatomia hiukkasia. Tällaiset potentiaalit ovat keskittyneet yläosiinsa, joissa metalli ja ontot pallot lepäävät.

Sen keksi vuonna 1929 amerikkalainen fyysikko Robert J. Van de Graaf, erikokoisia ja sähköominaisuuksia. Yksi suurimmista, joka on luotu vuonna 1933 ja havaitaan alemmassa kuvassa, pystyy saavuttamaan 5MeV: n sähköpotentiaalin; Viisi kertaa vähemmän kuin voit saada (25.5Mev).

Yksi kaikkien aikojen suurimmista van de Graaf -generaattoreista, jotka sijaitsevat Boston Sciences -museossa. Lähde: My Kenin ulkopuolella, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons

Van de Graaff -generaattorin potentiaali on niin paljon, että sen metallipalloja ympäröivässä ilmassa on sähköisiä päästöjä. Nämä päästöt ovat sähkövarausten epätasapainon tuloksena, koska pallot hankkivat erittäin negatiivisia tai erittäin positiivisia sähkömaksuja; Kaikki materiaalista ja niiden malleista riippuen.

Tämä esine on melko suosittu fysiikan ja sähkön opettamisessa. Tämä johtuu siitä, että vapaaehtoiset, koskettaessaan pienten generaattoreiden palloja tai metallikupoja, kokevat hiustensa tahatonta nostoa, joka muistaa sähköiskuun.

[TOC]

Graaff Vegeneraattorin osat

Yksinkertaistettu esitys graffi -pakettiauton toiminnasta. Lähde: Dake, muokattu Gonfer00, CC BY-SA 2.5, Wikimedia Commons

Ylemmässä kuvassa meillä on tavanomaiset osat Graaff Vegeneraattorille. Siinä on pystysuora kehys, jonka päällä on ontto pallo tai metallikupoli (1). Sisällä meillä on nauha tai vyö (4 ja 5), ​​jotka on valmistettu polymeeristä ja eristävästä materiaalista, kuten kirurginen putki.

Se voi palvella sinua: keskimääräinen kulmanopeus: Määritelmä ja kaavat, ratkaisut harjoitukset

Tämä hihna liikkuu jatkuvasti kahden telan välillä: yksi ylivoimainen (3) ja yksi alempi (6). Samoin jokaisessa telassa on liitetty metalliharja (2 ja 7), joka koskettaa hihnan pintaa. Hihnan liike aktivoidaan generaattoripohjaan kytkettynä sähkömoottorilla.

Kuten kuvassa voidaan nähdä, generaattoripallot on positiivisesti varautunut (+). Siksi se tarvitsee elektroneja sähköisen epätasapainon toimittamiseksi. Juuri tässä elektronit (-), jotka jättävät generaattorin, lopulta latautuvat negatiivisesti lähellä olevaan metallilaitteeseen (8); Lopulta tuottaa sähköiski (9) metallisen kupolin suuntaan.

Sähköisku voi tapahtua joko kupolin suuntaan tai laitteen suuntaan; Jälkimmäinen tapahtuu, kun negatiivisesti latautuva kupoli.

Kuinka graffe -pakettiauton generaattori toimii?

Triboelektrinen sarja

Van de Graaff -generaattori voi olla positiivisesti tai negatiivisesti. Kuorman symboli riippuu niiden materiaalien heimoelektrisestä luonteesta.

Esimerkiksi, jos alempi rulla on peitetty nylonilla, mutta koska se on kumivyö, niin triboelektriset sarjat on tarkistettava tietääksesi, mikä materiaali vastaanotetaan ja mikä lahjoittaa elektronit, kun ne otetaan yhteyttä.

Siten nylon, joka on positiivisempi, toisin sanoen ollakseen kauempana Triboelektrisissä sarjoissa kuin kumi, niin se menettää elektronit, kun taas kumi voittaa heidät. Siksi hihna lopulta liikkuu tai mobilisoi negatiivisia kuormia, kun generaattorimoottori kytketään päälle.

Se voi palvella sinua: Leikkaus: miten lasketaan ja ratkaistaan

Sillä välin, jos alempi rulla on päällystetty silikonilla, tapahtuu päinvastoin: hihna menettää elektronit, koska silikoni on negatiivisempi kuin kumi Triboelcric -sarjassa. Ja näin ollen vyö syrjäyttää tai mobilisoi positiivisia kuormia (kuten jo kuvattussa kuvassa).

Kuorman siirtymä

Triboelektrisyys on vain yksi monista sähköilmiöistä (kruunu- ja valosähkötehosteet, Faraday -jääkauha, sähkökentät jne.) Se tapahtuu Van de Graoff -generaattorissa. Mutta keskeinen kohta on, että se voi liikkua, mobilisoida tai ”pumppata” sähkövarauksia metalliselle kupolille.

Kun alempi rulla on ladattu negatiivisesti moottorin käytön jälkeen ja hihna positiivisesti, rullaelektronit alkavat hylätä hihnan ulkopinta. Nämä elektronit siirtyvät ilman läpi alaharjalle, missä ne ajetaan maahan tai muuhun laitteeseen.

Positiivinen kuormitushihna saavuttaa ylemmän rullan, jolla on triboelektrinen luonne vastustaa alempi rulla; toisin sanoen sen sijaan, että lataisi negatiivisesti, sen on menetettävä elektronit ja siksi myös ladattava positiivisesti. Siten positiivinen kuorma siirtyy ylärulliin ja lopuksi kohti yläharjaa suorassa kosketuksessa metallikupolin kanssa.

Yläharjan elektronit kuljetetaan rullalle kuormitusten neutraloimiseksi. Mutta nämä elektronit tulevat metallisen kupolin pinnalta. Siksi kupoli hankkii myös positiivisen kuorman.

Sähköisku

Kupoli saavuttaa mittojensa mukaan enimmäispotentiaalin. Sen jälkeen sähkömaksujen on oltava tasapainossa. Hyvin positiivisena, saat elektroneja erittäin negatiivisesti ladattulta lähteeltä: laite, joka vastaanottaa alaharjaelektronit. Siten laitteesta (negatiivinen) on sähköisku (kipinä) metalliselle (positiiviselle) kupolille.

Voi palvella sinua: Highoskooppisuus: konsepti, hygroskooppiset aineet, esimerkit

Mitä suuremmat sähköpotentiaalit saavutetaan, verrannollinen generaattorin mittoihin, sitä voimakkaammat sähköiset purkaukset toistetaan. Huomaa, että jos ne eivät olleet niin suuria, elektronit eivät voineet kulkea ilman läpi, ei -driver -dielektrinen väliaine.

Sovellukset

Opettajat

Tämän miehen hiukset ovat sähköisesti ladattuja ja torjuvat toisiaan, koska niillä on sama kuorma kuin generaattorin metallipallot. Lähde: Adam Engelhart Flickrin kautta (https: // www.Flickr.com/valokuvat/telux/537906436/in/photostream/)

Jos metallipallo on positiivisesti ladattu ja joku koskettaa sitä, myös heidän hiuksensa ladataan positiivisesti. Tasavertaiset maksut torjuvat, ja siksi hiukset harjaavat ja erillään toisistaan. Tätä ilmiötä käytetään koulutustarkoituksiin kursseilla, joissa sähköstaattinen otetaan käyttöön.

Siten Van de Graaf -generaattoreita, jotka ovat pieniä, käytetään tarkkailijoiden huomion kiinnittämiseen heidän hiustensa siristumiseen; Tai sähköisten päästöjen pohdinnassa uskolliset kopiot, joita näemme tieteiskirjallisuuselokuvissa.

Hiukkaskiihdytin

Kun kupoli keskittyy moniin sähkövarauksiin, syntyy potentiaali, joka pystyy kiihdyttämään subatomisia hiukkasia. Tätä tarkoitusta varten GRAAF -vaneneraattoria käytetään X -sakkojen lisääntymiseen lääketieteellisissä tutkimuksissa ja ydinfysiikassa.

Viitteet

1. Serway, R. -Lla. ja Jewett, J. W -. (2005). Fysiikka tieteen ja tekniikan fysiikka. Nide 2. Seitsemäs painos. Toimituksellinen cengage -oppiminen.
2. Wikipedia. (2020). Van de Graaff -generaattori. Haettu: vuonna.Wikipedia.org
3. Magneettiakatemia. (17. kesäkuuta 2019). Van de Graaff -generaattori. Toipunut: NationalMaglab.org
4. Seattlen yliopisto. (2020). Sähköstatiikka - alumiinikulhot Van de Graaf -generaattorilla. Toipunut: Seattleu.Edu
5. John Zavisa. (1. huhtikuuta 2000). Kuinka Van de Graaff -generaattorit toimivat. Toipunut: Tiede.Howstuffwork.com