En af de interessante højspændingsenheder er Van de Graaff-generatoren, en enhed, der skaber en høj potentialforskel på grund af elektrificeringen af et dielektrisk bånd, der bevæger sig langs to ruller. Den maksimale spænding varierer afhængigt af enhedens skala og kan variere fra et par titusvis af kilovolt for små bordgeneratorer til millioner af volt for store enheder, der kan bruges til videnskabelige formål og demonstrationsformål. Ved hjælp af en Van de Graaff-generator er det muligt at udføre mange spektakulære eksperimenter, for eksempel at observere, hvordan små konfetti flyver opad under påvirkning af elektriske kræfter, eller en persons hår rejser sig "på ende", hvis en persons krop er forbundet på en bestemt måde til et gnistgab. For at samle generatoren behøver du ikke nogen specifikke dele - alt kan enten findes derhjemme eller købes i de nærmeste byggemarkeder. Generatorens generelle kredsløb er vist nedenfor.
Lav en Van de Graaff Generator med dine egne hænder
Strukturelt er generatoren et rør med et dielektrisk bånd, der roterer inde i det. To ruller i toppen og bunden af røret giver den nødvendige spænding af båndet; den nederste rulle er også et drev og er forbundet med motorakslen, som vil dreje båndet. En massiv metalkugle er fastgjort i den øverste del af røret, som vil tjene som en ladningsakkumulator. Formen af en kugle er bedst egnet til dette formål, fordi den ikke har nogen skarpe fremspring, og derfor vil ladningen akkumulere mest effektivt: skarpe fremspring kan føre til, at der opstår en koronaudladning, som den akkumulerede ladning strømmer igennem. For at lave en simpel hjemmegenerator kan du bruge en stor gryde som en kugle, installere den på hovedet; en hæmostatisk tourniquet fra et apotek er ideel som tape; ruller kan skæres, for eksempel af træ, polystyrenskum, eller du kan skille en malerrulle ad. Et kloakrør med en diameter på 10-11 cm er perfekt som husrør.Remmen kan drives med en skruetrækker, hvis den har høje hastigheder, eller ved hjælp af forskellige ret kraftige motorer fra legetøj eller radiostyrede modeller. Montering begynder med at finde passende komponenter.
Når du bruger et kloakrør med en diameter på 11 cm, vil den optimale højde af strukturen være omkring 1 meter. Hele strukturen vil blive installeret på et stativ lavet af skrotplader.
Som motor til at rotere remmen bruger jeg en drivenhed fra en radiostyret helikopter, som er et par motorer, der i fællesskab roterer et stort gear og derved danner en gearkasse, der sænker hastigheden til det ønskede niveau og øger momentet. Det drevne gear er fastgjort til en M4-stift, som passerer gennem hele røret i bunden; i fremtiden vil en aksel med en rulle blive fastgjort til den. Som praksis har vist, er en helikoptermotor nok - på trods af deres store størrelse har sådanne motorer en anstændig kraft og drejer nemt hele båndet inde i huset.
Motorerne presses ovenfra med en metalstrimmel, og justeringen af alle gear er forudetableret. Det er at foretrække at bruge batteristrømkilder, der ikke er forbundet til netværket på nogen måde, selv gennem galvanisk transformatorisolering, til at drive motoren i en Van de Graaff-generator.
Billederne ovenfor viser den nederste rulle. Det lykkedes dem at skære det ud af to stykker penoplex-isolering, hvilket gav det en tøndeform. Vær opmærksom på, at formen skal være tøndeformet, med en let jævn fortykkelse i midten - hvis skaftet er helt glat, vil tapen hoppe af i ny og næ. Rullernes materiale spiller en væsentlig rolle i konstruktionen af generatoren - bunden skal være metal, og toppen skal være plastik. I dette tilfælde er det ikke nødvendigt at lave den nederste aksel i metal; det er nok at dække den på toppen med ledende folie; denne folie skal også være elektrisk forbundet med akslen, som rullen sidder på.
Jeg tog toprullen færdig fra en malerrulle, den passer perfekt i form og størrelse.Rullen, der ligner den nederste, er installeret på en M4-stift, som er installeret i riller på den øverste del af røret, som kan ses på billedet nedenfor.
En hæmostatisk tourniquet sælges i næsten alle apoteker; den har de nødvendige egenskaber til at overføre en ladning og er også ret elastisk. Den købte tourniquet skal vaskes fra talkum, tørres og derefter skæres til den nødvendige længde med en lille margen. For at omdanne selens tape til en lukket cirkel, kan enderne simpelthen limes sammen med superlim med en overlapning på 2-3 cm; styrken af en sådan forbindelse viste sig at være mere end nok.
Den næste del af generatoren er børsterne, hvorigennem ladningen vil blive "påført" på båndet og "drænes" fra det til den øvre metalkugle. Jeg anbefaler at lave børsterne af et stykke multi-core kabel, som er frilagt fra isoleringen, fnugget op og loddet på tekstolitplader. Du bør lave to sådanne børster, en til den nederste rulle og en til den øverste. Den nederste børste vil blive forbundet til den nederste rulle og være forbundet til jord, og den øverste børste vil blive forbundet til metalkuglen. Billedet nedenfor viser de færdige børster.
Børsterne monteres direkte ved siden af rullerne i top og bund; afstanden fra tapen til enderne af børsterne skal være så lille som muligt, men tapen må ikke røre dem. Herunder kan du se de installerede børster henholdsvis øverst og nederst.
Nu er der kun tilbage at lave de understøtninger, som den øvre kugle vil stå på - i mit tilfælde blev der fundet en mere tilgængelig analog til den i form af en omvendt pande. Et stykke tråd, der rager ud over understøtningsniveauet, er forbundet med børsten, det vil sikre dens kontakt med kuglen.
I den nederste del af strukturen, ved hjælp af det samme stykke tråd, sikres kontakt mellem aksel, rulle og slids med jording.Bemærk venligst, at en god jordforbindelse er påkrævet for at generatoren kan fungere.
Kuglen er installeret sidst, og generatoren er nu klar til at starte. Når den er tændt, vil der opstå en potentialforskel mellem jorden (nederste rulle) og den øvre kugle. Det vil stige, indtil der opstår et elektrisk sammenbrud i luften eller røret, eller indtil ladningshastigheden overstiger hastigheden af dens "dræning" fra kuglen på grund af coronaudladninger. Generatorens effektivitet afhænger stærkt af luftfugtigheden - jo mere fugtig luften er, jo flere tab på grund af koronaudladning, og følgelig kan den lavere spænding opnås. Du kan øge ladningshastigheden ved at øge båndets rotationshastighed, mens generatorens maksimale spænding også vil stige. For at aflade kuglen skal du bringe en jordet metalgenstand tættere på den. Hvis denne genstand har skarpe kanter, vil ladningen flyde jævnt i form af en koronaudladning, som kun kan ses i fuldstændig mørke. Hvis objektet har glatte linjer, så når det nærmer sig en vis afstand til kuglen, vil der forekomme en elektrisk nedbrydning af luften med en ret høj lyd og flash. Når du eksperimenterer med generatoren, skal du være forsigtig, på trods af at den har ekstremt lav effekt, kan spændingsimpulser på hundredvis af kilovolt forårsage sundhedsskade.
