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.
(рис.16.8) Схема генератора высокого напряжения Ван-де-Граафа
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 корпусом подставки устройства. Колонка 9 - диэлектрическая трубка (лучше из пластмассы), закрепленная снизу и соединенная с металлическим основанием 7 пластмассовым кольцом 10. Лента 2 (размерами 0,6х75х1243 мм) сделана из латексной резины (рис. 16.9).
(рис.16.9) Конструкция генератора Ван-де-Граафа
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 об/мин, рабочая частота вращения 2000...4 000 об/мин. 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 об/мин 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.16.10) Примеры опытов с генератором
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).
(рис.16.11) Упрощенный генератор Ван-де-Граафа с небольшой лейденской банкой и замыкателем
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.
Генератор Ван де Граафа своими руками Это инструкции о том, как я построил Генератор Ван де Графа своими руками из некому ненужного мусора. Вот он на рисунке: Итак, первое, что нужно сделать самому, это собрать все необходимые компоненты. Они включают в себя: 1 карандаш, два старых высохших пасты, кусок трубу ПВХ, одна мертвая лампочка, длинный кусок резинки, скрепка, алюминиевая фольга, скотч, один маленький двигатель от игрушки, девятивольтовая батарея, и немного провода, ну и основание – деревянная дощечка. Все видно на фото: Первым шагом на ваших действий станет сверления отверстия под трубку в основании основания. Нужно взять дрель с перьевым сверлом нужного диаметра, чтобы ПВХ трубка плотно входила. Следующее, вы делаете два сквозных отверстия через обе стороны трубки. Расстояние между отверстиями такое, чтобы при вставке пасты и натягом между пастами резинки так чтоб резинка была слегка натянута. Убедитесь, что резинка сидит не слишком туго иначе она будет остановить двигатель. Затем делаем еще два отверстия в трубке. Первое отверстие должны быть просверлено чуть выше первого на той же оси. Второе отверстие должно быть прямо перпендикулярно нижнему. Внимательно посмотрите на фото : Теперь необходимо вытащить чернила из пасты. Я использовал ленту галстук, как те, которые приходят с мешки для мусора, чтобы очистить пасту. Что используете Вы думайте сами. Далее вам вырезать кусок пасты по длине внутренний диаметр труб из ПВХ. Затем возьмите скрепку и вырежьте кусочек достаточной длины, так чтоб кусочек выступал из трубки как минимум на сантиметр. Смотрите фото: Как Вы наверное догадались таких валика нам понадобится два. Перед сборкой необходимо собрать диэлектрическую ленку. Она делается из скотча и нашей резинки. Резинка обклеивается скотчем, чтоб клеящие стороны были слеины друг с другом. Можно и не обклеивать полоску скотча, а просто надеть с верху резинку для прижимку к нашим роликам. Потом возьмем ластик от карандаша и соберём нашу конструкцию как показано на рисунке ниже. Для надежности соединения супер клеем вал мотора приклеивается к ластику и скрепке. Следующим шагом будем добавить щетки, которые собирают заряд. Нижняя кисть, как показано на картинке слева проходит через отверстие в нижней части, конечик проволоки должен быть размохрён. Вы должны убедиться, что кисти близки к резинке, но не должны прикосаться к ней. Верхняя кисть, как показано на рисунке справа проходит через верхнее отверстие. Следующий этап и финал - обклеиваем сгоревшую лампочку куском алюминиевой фольги. Ключевую роль в обеспечении алюминиевого проводини больше заряда для того чтобы собрать его как можно больше. Потом к этой фольге на лампе подключаем верхний провод и нашу лампу-электрод вставляем на верх всей конструкции. Ну, вот что вы теперь знаете, как построить самим генератор Ван де Графа. Вот и всё! Ну а теперь можно по играться со статическим электричеством Для справки: Принцип действия генератора Ван де Граафа очень похож на принцип работы машины Вимсхурста, но вместо вращающихся дисков в ней используется движущийся ремень на двух шкивах. Ремень электризуется от трения о нижний шкив (в больших машинах на него подают дополнительно напряжение от высоковольтного источника, в маленьких хватает трения), а на верхнем конце ремня заряд снимается и накапливается на поверхности шара. Большие генераторы Ван де Граафа способны развивать напряжения в миллионы вольт и имеют в высоту несколько метров.
