Van de Graaff Generator Teile, wie es funktioniert, Anwendungen

Er Van de Graaff Generator Es ist ein Artefakt, das dank elektrostatischer Phänomene funktioniert und deren Funktion in der Reihenfolge von Mega -Elektronenvolzen (MEV) in der Reihenfolge von Mega -Elektronen (MEV) subatomare Teilchen reproduziert werden. Solche Potentiale konzentrieren sich in ihren oberen Teilen, in denen Metall- und Hohlkugeln ruhen.

Es wurde 1929 vom amerikanischen Physiker Robert J erfunden. Van de Graaf, Gebäudemodelle verschiedener Größen und elektrischer Fähigkeiten. Eine der größten, die 1933 erstellt und im unteren Bild beobachtet wurden, kann ein elektrisches Potential von 5Mev erreichen. Fünfmal weniger als Sie können (25.5MEV).

Einer der größten Van de Graaf -Generatoren, die je im Boston Sciences Museum gebaut wurden,. Quelle: Jenseits meines Ken, CC BY-SA 4.0, über Wikimedia Commons

Es ist so sehr das Potenzial des Van de Graaff -Generators, dass in der Luft, die seine Metallkugeln umgibt, elektrische Entladungen gibt. Diese Entladungen sind das Produkt des Ausgleichs der elektrischen Ladungen, da die Kugeln sehr negative oder sehr positive elektrische Ladungen erwerben. Alles abhängig von den Materialien und ihren Designs.

Dieses Artefakt ist sehr beliebt in der Lehre von Physik und Elektrizität. Dies liegt daran, dass Freiwillige, wenn sie die Kugeln oder Metall Kuppeln kleiner Generatoren berühren.

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Graaff Van Generator Teile

Vereinfachte Darstellung des Betriebs eines Graff -Van -Generators. Quelle: Dake, modifiziert durch Gonfer00, CC BY-SA 2.5, über Wikimedia Commons

Im überlegenen Bild haben wir die konventionellen Teile für einen Graaff -Van -Generator. Es hat einen vertikalen Rahmen, der von einer hohlen Kugel oder einer Metallkuppel gekrönt ist (1). Im Inneren haben wir ein Band oder einen Gürtel (4 und 5) aus polymerem und isolierenden Material wie dem Operationsrohr.

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Dieser Gürtel bewegt sich ständig zwischen zwei Walzen: einem Vorgesetzten (3) und einem niedrigeren (6). Ebenso hat jede Walze eine Metallbürste (2 und 7) annektiert, die die Gürteloberfläche berührt. Die Riemenbewegung wird durch einen an die Generatorbasis angeschlossenen Elektromotor aktiviert.

Wie im Bild zu sehen ist, ist die Generatorkugel positiv aufgeladen (+). Daher benötigt es Elektronen, um elektrische Unwucht zu liefern. Hier werden die Elektronen (-), die den Generator lassen, negativ ein nahe gelegenes Metallgerät (8) beladen; Schließlich einen elektrischen Schock (9) in Richtung der metallischen Kuppel erzeugen.

Der elektrische Stoß kann entweder in Richtung der Kuppel oder in Richtung des Geräts auftreten. Letzteres tritt auf, wenn es die Kuppel ist, die negativ aufgeladen ist.

Wie funktioniert ein Graffe Van Generator??

TROMELektrische Serie

Der Van de Graaff -Generator kann positiv oder negativ sein. Das Symbol der Last hängt von der triboelektrischen Natur der Materialien ab, mit denen der Gürtel und die Beschichtung der unteren Walze hergestellt werden.

Wenn beispielsweise die untere Walze mit Nylon bedeckt ist, aber der Gummigürtel, sollte die Triboelektrik -Serie überprüft werden, um zu wissen, welches Material die Elektronen spendet, sobald sie in Verbindung stehen.

So wird der Nylon, der positiver ist, dh weiter oben in der TROMELECTRICS -Serie als der Gummi ist, die Elektronen verliert, während der Gummi sie gewinnen wird. Daher bewegt sich der Gürtel oder mobilisiert negative Lasten, wenn der Generatormotor eingeschaltet wird.

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Wenn die untere Walze mit Silikon überzogen ist, wird das Gegenteil auftreten: Der Gürtel verliert Elektronen, da Silikon in der TROMELektrik -Serie negativer als Gummi ist. Und folglich wird der Gürtel positive Lasten verdrängen oder mobilisieren (wie im Bild des bereits beschriebenen Bildes).

Lastverschiebung

Triumelektrizität ist nur eines der vielen elektrischen Phänomene (Kronen- und photoelektrische Effekte, Faraday -Eiseimer, elektrische Felder usw.) das findet im Van de Graoff -Generator statt. Der zentrale Punkt ist jedoch, dass es elektrische Ladungen in die metallische Kuppel bewegen, mobilisieren oder „pumpen“ kann.

Sobald die untere Walze nach dem Betrieb des Motors negativ geladen ist und der Gürtel positiv ist, beginnen die Rollenelektronen, die der äußeren Fläche des Gürtels abzuwehren. Diese Elektronen wandern durch die Luft, zur unteren Bürste, wo sie zur Erde oder eines anderen Geräts getrieben werden.

Der positive Lastgürtel erreicht die obere Rolle, die eine tribtoelektrische Natur hat, die der unteren Rolle entgegengesetzt ist. Das heißt, anstatt negativ zu berechnen, muss es Elektronen verlieren und daher auch positiv aufladen. So bewegt sich die positive Belastung in direkter Kontakt mit der Metallkuppel in die obere Walze und schließlich zur oberen Bürste.

Die oberen Bürstenelektronen werden in die Walze transportiert, um Lasten zu neutralisieren. Aber diese Elektronen kommen von der Oberfläche der metallischen Kuppel. Daher erlangt die Kuppel auch eine positive Belastung.

Elektrischer Schock

Die Kuppel wird nach ihren Abmessungen ein maximales Potenzial erreichen. Danach müssen elektrische Gebühren ausgeglichen sein. Wenn Sie sehr positiv sind, erhalten Sie Elektronen aus einer sehr negativ belasteten Quelle: das Gerät, das die unteren Bürstenelektronen empfängt. Somit gibt es einen elektrischen Schock (Funken) vom Gerät (negativ) zum metallischen (positiven) Kuppel.

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Je größer die erreichten elektrischen Potentiale, proportional zu den Generatorabmessungen, desto intensiver werden die elektrischen Entladungen reproduziert. Beachte.

Anwendungen

Lehrer

Die Haare dieses Mannes sind elektrisch aufgeladen und stoßen sich gegenseitig ab, weil sie die gleiche Last wie die Metallkugel des Generators haben. Quelle: Adam Engelhart über Flickr (https: // www.Flickr.com/fotos/telux/537906436/in/cototrostream/)

Wenn die Metallkugel positiv aufgeladen ist und jemand sie berührt, werden seine Haare auch positiv geladen. Gleiche Ladungen wehren sich ab, und daher werden Haare sträuben und sich voneinander trennen. Dieses Phänomen wird für Bildungszwecke in den Kursen verwendet, in denen elektrostatisch eingeführt wird.

Daher werden Van de Graaf -Generatoren kleiner Größen verwendet, um die Aufmerksamkeit der Beobachter in Bezug auf das Brizing ihrer Haare auf sich zu ziehen. oder in der Kontemplation von elektrischen Entladungen, treue Repliken, die wir in Science -Fiction -Filmen sehen.

Partikelbeschleuniger

Wenn die Kuppel viele elektrische Ladungen konzentriert, wird ein Potential erzeugt, das in der Lage ist, subatomare Partikel zu beschleunigen. Zu diesem Zweck wird der Graaf -Van -Generator verwendet, um X -Strahlen in medizinischen Studien und Kernphysik zu reproduzieren.

Verweise

1. Serway, r. ZU. und Jewett, J. W. (2005). Physik für Wissenschaft und Ingenieurwesen. Band 2. Siebte Ausgabe. Lernen von redaktionellem Cengage.
2. Wikipedia. (2020). Van de Graaff Generator. Abgerufen von: in.Wikipedia.Org
3. Magnetakademie. (17. Juni 2019). Van de Graaff Generator. Erholt von: NationalMaglab.Org
4. Universität Seattle. (2020). Elektrostatik - Aluminiumschalen mit Van de Graaf -Generator. Erholt von: Seattleu.Edu
5. John Zavisa. (1. April 2000). Wie van de Graaff Generatoren funktionieren. Erholt von: Wissenschaft.Howstuffwork.com