Главная › Новости

Генератор высокого напряжения Ван-де-Граафа

Опубликовано: 04.11.2018

Опыты с электричеством - Генератор Ван де Граафа

Электростатический генератор . Генератор высокого напряжения Ван-де-Граафа может вырабатывать напряжение 400 000 В при токе 23 мкА. Благодаря этому, кроме электрической искры можно показывать такие интересные опыты, как движение «искусственного спутника» и «летающей тарелки» (из тонкой алюминиевой фольги) по орбите вокруг электрода высокого напряжения, электризация человеческого тела, когда волосы «встают дыбом» и т. д.

Электродвигатель М (рис. 16.8) через шкив 1 приводит в движение резиновый ремень (носитель электрических зарядов) 2 , а также верхний шкив 3. Возникающая во время работы генератора разность потенциалов между верхней 4 и нижней 5 щетками возрастает до тех пор, пока не возникнет искра между верхним 6  и нижним 8 электродами.

Конструкция. Шкивы 1,3 должны быть выполнены из хорошего диэлектрика (лучше из пластмассы), при этом верхнее колесо дополнительно покрывается мягкой лентой (полиэтиленовой пленкой), а нижнее — алюминиевой фольгой. Если нужно, чтобы верхний электрод нес положительный заряд, а нижний — отрицательный, то следует поменять покрытия шкивов. Щетка коллектора 4 размещена в верхней точке шкива 3, нижняя щетка 5 должна быть соединена с металлическим заземленным основанием 7.

Верхний электрод 6 выдавлен из тонкой алюминиевой пластинки. Здесь также можно применить готовые изделия (кухонная посуда). Нижний электрод 8 представляет собой гибкий провод в изоляции, заканчивающийся, например, металлическим пустотелым шариком или же деревянным (пластмассовым) шариком, оклеенным металлической фольгой (станиолем). Он соединен с металлическим корп у-сом подставки устройства. Колонка 9 — диэлектрическая трубка (лучше из пластмассы), закрепленная снизу и соединенная с металлическим основанием 7 пластмассовым кольцом 10 .

Рис. 16.8. Схема генератора Ван-де-Граафа.

Лента 2 (размерами 0,6х75х 1243 мм) сделана из латексной резины (рис. 16.9). Склеиваемые участки зачищают наждачной бумагой и, намазав резиновым клеем, оставляют для просушки под грузом в течение 4 ... 8 ч. Поверхности верхнего и нижнего электродов должны быть отполированы. Нижний шкив 1 со стороны электродвигателя защищен приклеенным пластмассовым диском и запрессован на валу. Электродвигатель переменного или постоянного тока мощностью 100 ... 150 Вт с частотой вращения вала до 5000 мин-1, рабочая частота вращения 2000 ... 4 000 мин-1. При такой скорости микроамперметр, включенный, как показано на рис. 16.8, должен показывать ток 22...23 мкА. Нижнюю щетку 5 следует закрепить так, чтобы расстояние между краем медной сетки и лентой составило 1,6 мм. Верхняя щетка находится под верхним шкивом.

Все части генератора должны быть сухими, так же как и воздух в помещении. Для просушивания генератора используют малогабаритную сушилку для волос. Чтобы показать, как влажность воздуха влияет на работу генератора, приведем пример: при частоте вращения вала 4000 мин-1 и относительной влажности около 70% ток едва достигает 7 мкА.

Применение. Несколько примеров практического использования генератора даны на рис. 16.10: а — электрическая искра длиной 330... 380 мм, б — движение по орбите моделей «искусственного спутника» или «летающих тарелок», в — модель ионолета (космического корабля с ионным двигателем), вращающегося вокруг оси, установленной на верхнем электроде, г — отталкивание кусочков бумаги («электрический ветер»), д — электризация человеческого тела (волосы «встают дыбом»), е — различные зрительные эффекты (в цилиндре из пластмассы, закрытом с обоих концов алюминиевыми крышками, находятся пробки, покрытые графитом).

Рис. 16.9 Конструкция генератора Ван-де-Граафа.

Если к верхнему электроду подсоединить несколько кусочков ниток и приблизить руки, то нитки «встанут дыбом» и обовьются вокруг пальцев. Интересны опыты, проводимые в темноте.

Для получения большего напряжения можно последовательно соединить два одинаковых генератора.

Для различных опытов с генераторами удобно применять лейденскую банку (рис. 16.11). Пластмассовый кухонный сосуд емкостью 1 л обклеивают металлической фольгой до 2/3 ее высоты снаружи, внутри и внизу. Через пластмассовую крышку пропускают латунный провод диаметром 3 мм и соединяют его гибким многожильным проводом с фольгой на дне сосуда.

Верхний электрод высоковольтного генератора соединяют с верхним электродом банки автомобильным кабелем высокого напряжения. Снаружи фольга, покрывающая банку, должна касаться металлического корпуса генератора или контакта «земля» (рис. 16.11).

Чтобы разрядить лейденскую банку безопасным способом, применяют замыкатель (рис. 16.11), сделанный из латунной проволоки диаметром 3 мм с ручкой из пластмассовой трубки диаметром 6 мм. Рукой можно держаться только за ручку. Ни в коем случае нельзя касаться проволоки.

Во всех опытах заземляющий зажим (типа «крокодил») генератора должен быть подключен к водопроводной трубе, трубе центрального отопления, проводу, соединенному с массивным металлическим предметом, закопанным в землю.

Малогабаритный электростатическим генератор с напряжением 100 000 В. Верхний электрод 6 (рис. 16.9) сделан из большой алюминиевой кастрюли или другой посуды с завинчиваемой или вставляемой крышкой. Колонка 9 из диэлектрика (пластмассы) имеет диаметр 22 ... 25 и высоту 100 мм. Для крепящего кольца 10 можно использовать дерево размерами 35... 25x8 мм. Лента для зарядов 2 — мягкая резина 15x290 мм. Основание выполнено из небольшой алюминиевой миски, перевернутой вверх дном. Диаметр верхнего / и нижнего 3 шкивов — 10; ширина 20 мм. Щетки 4 и 5 изготовлены из бронзовой или медной сетки с ячейкой 10 X 16 мм. Электродвигатель М — высокооборотный постоянного тока 4,5...6 В (можно игрушечный), источник питания — батарея или однопол упер йодный выпрямитель. Нижний шкив 1 насажен непосредственно на вал электродвигателя. Подшипники для вала верхнего колеса 3 могут иметь две выемки, сделанные в верхнем торце колонки 9.

Заметим, что напряжение сильно зависит от формы верхнего электрода. В первом приближении оно составляет 30 000 В на каждые 25 мм его диаметра в месте наименьшей кривизны. Если требуется достаточно высокое напряжение, применяют гладкие шарообразные электроды большого диаметра.

Рис. 16.10. Примеры опытов с генератором (см. рис. 16.9).

Рис. 16.11 Упрощенный генератор Ван-де-Граафа с небольшой лейденской банкой и замыкателем.

Смотрите также: