Van de graaff generator delar, hur det fungerar, applikationer

han Van de graaff generator Det är en artefakt som fungerar tack vare elektrostatiska fenomen, och vars funktion består i att reproducera enorma elektriska potentialer, i ordning av mega -elektronvolter (MEV), för att påskynda subatomära partiklar. Sådana potentialer är koncentrerade i sina övre delar, där metall och ihåliga sfärer vilar.

Det uppfanns 1929 av den amerikanska fysikern Robert J. Van de Graaf, byggnadsmodeller av olika storlekar och elektriska kapaciteter. En av de största, skapade 1933 och observerades i den lägre bilden, kan nå en elektrisk potential på 5MEV; Fem gånger mindre än du kan få (25.5mev).

En av de största Van de Graaf -generatorerna som någonsin har byggts, beläget i Boston Sciences Museum. Källa: Beyond My Ken, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Det är så mycket potentialen för Van de Graaff Generator, att i luften som omger sina metall sfärer finns det elektriska urladdningar. Dessa utsläpp är produkten av obalansen av elektriska laddningar, eftersom sfärerna förvärvar mycket negativa eller mycket positiva elektriska laddningar; Allt beroende på materialen och deras mönster.

Denna artefakt är ganska populär i undervisningen i fysik och elektricitet. Detta beror på att frivilliga, när man berör sfärer eller metallkupoler för små generatorer, uppleva en ofrivillig lyft av håret, som kommer ihåg en elektrokution.

[TOC]

Graaff Van Generator Parts

Förenklad representation av driften av en Graff Van Generator. Källa: Dake, modifierad av Gonfer00, CC BY-SA 2.5, via Wikimedia Commons

I den överlägsna bilden har vi de konventionella delarna för en Graaff Van Generator. Den har en vertikal ram toppad av en ihålig sfär eller metallkupol (1). Inuti har vi ett band eller bälte (4 och 5) tillverkat av polymer och isolerande material, såsom det kirurgiska röret.

Det kan tjäna dig: genomsnittlig vinkelhastighet: Definition och formler, lösta övningar

Detta bälte rör sig ständigt mellan två rullar: en överlägsen (3) och en lägre (6). På samma sätt har varje rull en bifogad en metallborste (2 och 7) som rör vid bältesytan. Bältrörelsen aktiveras av en elmotor ansluten till generatorbasen.

Som framgår av bilden är generatorsfären positivt laddad (+). Därför behöver den elektroner för att leverera elektrisk obalans. Det är här som elektronerna (-) som lämnar generatorn hamnar negativt en närliggande metallenhet (8); Att äntligen producera en elektrisk chock (9) i riktning mot den metalliska kupolen.

Den elektriska chocken kan hända antingen i riktningen mot kupolen eller i enhetens riktning; Det senare inträffar när det är kupolen som är negativt laddad.

Hur fungerar en graffe skåpbilgenerator?

Triboelektrisk serie

Van de Graaff Generator kan vara positivt eller negativt. Symbolen för lasten beror på den triboelektriska naturen hos materialen som bältet och beläggningen av den nedre rullen görs.

Till exempel, om den nedre rullen är täckt med nylon, men som gummibältet, bör den triboelektriska serien kontrolleras för att veta vilket material som kommer att få och vilka som kommer att donera elektronerna när de kommer i kontakt.

Således, nylonet för att vara mer positiv, det vill säga att vara längre upp i den triboelektriska serien än gummiet, då kommer den att förlora elektroner medan gummiet kommer att vinna dem. Därför kommer bältet att flytta eller mobilisera negativa belastningar när generatormotorn är påslagen.

Det kan tjäna dig: skärning av skärning: Hur beräknas och löses

Samtidigt, om den nedre rullen är belagd med silikon, kommer det motsatta att hända: bältet kommer att förlora elektroner, eftersom silikon är mer negativt än gummi i den triboelektriska serien. Och följaktligen kommer bältet att förskjuta eller mobilisera positiva belastningar (till exempel i den redan beskrivna bilden).

Belastningsförskjutning

Triboelektricitet är bara ett av de många elektriska fenomenen (kron- och fotoelektriska effekter, Faraday ishink, elektriska fält, etc.) som äger rum i Van de Graoff Generator. Men den centrala punkten är att den kan röra sig, mobilisera eller "pumpa" elektriska laddningar till den metalliska kupolen.

När den nedre rullen har laddats negativt efter att motorn har använts, och bältet positivt börjar rullelektronerna avvisa de i bältets yttre ansikte. Dessa elektroner migrerar, genom luften, till den nedre borsten, där de kommer att köras till jorden eller annan enhet.

Det positiva belastningsbältet når den övre rullen, som har en triboelektrisk natur i motsats till den nedre rullen; Det vill säga istället för att ladda negativt måste det förlora elektroner och därför också ladda positivt. Således rör sig den positiva belastningen till den övre rullen och slutligen mot den övre borsten i direktkontakt med metallkupolen.

Övre borstelektroner transporteras till rullen för att neutralisera laster. Men dessa elektroner kommer från ytan på den metalliska kupolen. Därför får kupolen också en positiv belastning.

Elchock

Kupolen kommer enligt dess dimensioner att nå en maximal potential. Efter det måste elektriska avgifter vara balanserade. Att vara mycket positiv kommer du att ta emot elektroner från en mycket negativt laddad källa: enheten som tar emot de nedre borstelektronerna. Således finns det en elektrisk chock (gnista) från enheten (negativ) till den metalliska (positiva) kupolen.

Kan tjäna dig: higroskopicitet: koncept, hygroskopiska ämnen, exempel

Ju större de elektriska potentialerna uppnås, proportionella mot generatormedimensionerna, desto mer intensiv kommer de elektriska utsläppen att reproduceras. Observera att om de inte var så stora kunde elektroner inte resa genom luften, ett icke -driver dielektriskt medium.

Ansökningar

Lärare

Håret på den här mannen är elektriskt laddade och avvisar varandra eftersom de har samma belastning som generatorens metallsfär. Källa: Adam Engelhart via Flickr (https: // www.Flickr.com/foton/telux/537906436/in/photosTream/)

Om metallfären är positivt laddad och någon vidrör det, kommer deras hår också att laddas positivt. Lika laddningar avvisar, och därför kommer håret att borsta och separeras från varandra. Detta fenomen används för utbildningsändamål i de kurser där elektrostatisk introduceras.

Således används van de graaf -generatorer av små storlekar för att fånga observatörernas uppmärksamhet när det gäller hårets brizming; eller i kontemplationen av elektriska utsläpp, trogna repliker som vi ser i science fiction -filmer.

Partikelaccelerator

När kupolen koncentrerar många elektriska laddningar genereras en potential som kan påskynda subatomära partiklar. För detta ändamål används Graaf Van Generator för att reproducera X -SAYS i läkemedelsstudier och kärnkraftsfysik.

Referenser

1. Serway, R. TILL. och Jewett, J. W. (2005). Fysik för vetenskap och teknik. Volym 2. Sjunde upplagan. Redaktionell cengage -lärande.
2. Wikipedia. (2020). Van de graaff generator. Hämtad från: i.Wikipedia.org
3. Magnetakademi. (17 juni 2019). Van de graaff generator. Återhämtat sig från: NationalMaglab.org
4. Seattle University. (2020). Elektrostatik - Aluminiumskålar med Van de Graaf Generator. Återhämtat sig från: Seattleu.Edu
5. John Zavisa. (1 april 2000). Hur van de graaff generatorer arbetar. Återhämtat sig från: vetenskap.HowStuffwork.com