Генератар Ван дэ Граафа: прылада, прынцып дзеяння і прымяненне

Генератар Ван дэ Граафа быў вынайдзены ў пачатку дваццатага стагодзьдзя. Яго выкарыстоўвалі для розных мэтаў, у прыватнасці, для ядзерных даследаванняў. Пазней прымяненне звузілася. Сёння можна купіць яго як цацку і дэманстраваць дзецям, левітацыя розных аб'ектаў. Таксама генератар можна збудаваць самастойна. Тады яно будзе цудоўнай вучэбнай мадэллю, з якой праводзяць розныя досведы.

дзіцячыя фокусы

Хочаце стварыць «чараўніцтва»? Вазьміце пакет з поліэтылену, абрэжце абодва канца і завяжыце на нітачцы, каб атрымаўся банцік. Затым звычайную лінейку з пластыка добранька патрыце аб ваўняную рэч і паднясіце яе да банцікамі: пачнецца палёт ...

Гатовую «чароўную палачку» з фігуркамі, з якімі можна рабіць такія фокусы, можна і купіць у краме.

Але самы просты варыянт ўбачыць «чараўніцтва» - гэта проста пагладзіць котку. Тады можна і адчуць, і ўбачыць якое ўзнікла статычную электрычнасць.

А вось цацка, паўтаралая канструкцыю генератара Ван дэ Граафа, працуе на акумулятарнай батарэі. Калі націскаюць на кнопку, на кончыку ствараецца электрастатычны зарад. Таму фігурка пераймае яго, і аднайменныя зарады пачынаюць адштурхвацца адзін ад аднаго. Так як фігурка выразаная пэўным чынам, яна «надзімаецца» і атрымлівае аб'ём. Калі зарад слабее, то трэба проста яшчэ раз націснуць на «чароўную» кнопку.

трохі гісторыі

Вядома, генератар Ван дэ Граафа - гэта не толькі дзіцячыя цацкі. Сам фізік стварыў сваё стварэнне для правядзення сур'ёзных даследаванняў у раздзеле атамнай фізікі. Першы дэманстрацыйны ўзор быў зроблены ў 1929 годзе. Ён быў невялікага памеру. Больш вялікія габарыты атрымаў генератар Ван дэ Граафа, усталяваны на рэйкі для дырыжабляў. Мадэль складалася з двух слупоў, наверсе якіх размясцілі полыя сферы з алюмінія дыяметрам пятнаццаць футаў.

Збудаваны ў 1931 і 1933 гадах ўстаноўкі дасягалі магутнасці у сем мільёнаў вольт. А бо толькі зарад да васьмідзесяці кілавольт забяспечваў першы генератар Ван дэ Граафа.

прынцып дзеяння

Ўнутры круціцца вертыкальна дыэлектрычная стужка з паперы. Ролік, размешчаны наверсе, з'яўляецца дыэлектрыкам, а ніжні выкананы з металу і злучаны з зямлёй. Щеточный электрод ў сферы здымае і падае зарад, які размяркоўваўся у сферы раўнамерна. Побач з электродам, якія знаходзяцца ўнізе, паветра іянізуе, карысныя іёны абсоўваюцца на стужцы, і тая яе частка, якая накіроўваецца ўверх, зараджаецца.

Каб атрымлівалася высокая рознасць патэнцыялаў ў лінейных паскаральніках часціц (для чаго і патрэбныя былі гэтыя генератары), выкарыстоўваліся дзве сферы з рознымі зарадамі. У адной з іх назапашваліся станоўчыя, і ў іншай - адмоўныя. Калі канцэнтрацыя дасягала пэўнага ўзроўню, паміж імі праскоквае электроразряд. Менавіта ён і даследаваўся. Напружанне тут даходзіла да мільёнаў вольт.

Раней прылады ўжываліся для ядзерных даследаванняў і паскарэння часціц. Пасля таго як з'явіліся іншыя спосабы паскарэння, іх сталі выкарыстоўваць у гэтай сферы значна радзей. У цяперашні час генератар Ван дэ Граафа ў большай ступені служыць для мадэлявання. Да прыкладу, з яго дапамогай імітуюць прыродныя разрады газу. Замест стужак у устаноўках часта выкарыстоўваюць ланцуга, якія складаюцца з пластыкавых і жалезных звёнаў па чарзе.

Што трэба для самастойнай зборкі прыбора

Мадэль нескладана збудаваць самастойна з падручных сродкаў. Генератар Ван дэ Граафа, сваімі рукамі сабраны, складаецца з наступных складнікаў:

• алоўка;
• абрэзка трубы ПВХ;
• гумкі;
• сашчэпкі;
• фальгі з алюмінія;
• рухавіка ад цацкі;
• непрацуючай лямпачкі;
• сухіх паст ад ручкі;
• батарэйкі на дзевяць вольт;
• скотчу;
• правады;
• дошчачкі.

Усе элементы павінны быць сухімі, гэтак жа, як і паветра ў памяшканні. У адваротным выпадку працаваць канструкцыя проста не будзе ці будзе, але вельмі слаба.

Вось які атрымаецца генератар Ван дэ Граафа. Фота ніжэй паказвае, як павінна выглядаць мадэль.

Як генератар робіцца самастойна

Спачатку свідруюць адтуліну на дошчачцы, якая стане падставай канструкцыі. Свердзел падбіраюць падыходнага дыяметра, форма - у выглядзе пяра. Затым на трубцы праробліваюць два адтуліны: зверху і знізу, для паст. Робяць яшчэ два адтуліны: адно крыху вышэй верхняга, а другое - перпендыкулярна ніжнім.

Далей пасты трэба цалкам ачысціць ад чарнілаў. Выразаюць кавалак, які адпавядае ўнутраным дыяметры трубы. Бяруць сашчэпку, выпростваюць і адразаюць кавалак дастатковай даўжыні, каб ён на сантыметр выступаў з трубкі.

З скотчу вырабляюць дыэлектрычную стужку. Гумку абляпляюць так, каб абодва бакі таксама былі ліпкімі.

Падрыхтаваныя элементы збіраюць.

Дадаюць шчоткі, якія збіраюць зарад. Унізе пэндзаль праходзіць праз адтуліну, а кончык робяць распушенным. Пэндзля павінны знаходзіцца блізка да гумцы, але не дакранацца да яе. Верхнюю забэрзваюць праз адтуліну наверсе.

Пасля гэтага пры дапамозе фальгі з алюмінія абляпляюць непрацуючую ўжо лямпачку. Да фальзе мацуецца верхні провад. Лямпу ўстаўляюць зверху канструкцыі.

Генератар Ван дэ Граафа навучальны гатовы.

досведы

Калі да верхняга электрода прымацаваць некалькі нітак і наблізіць рукі, то яны «ўстануць дубка» і обовьют пальцы. Паспрабуйце правесці досведы ў цемры.

Каб атрымаць больш магутнае напружанне, злучаюць два генератара.

Добрым варыянтам для досведаў стане Лейдэнскага банка.

Самым вядомым вопытам з'яўляецца той, пры якім валасы становяцца дыбам. Для гэтага трэба стаць на гумовы кілімок, драўляную дошку або фанеру. Руку ставяць на сферу (пры гэтым генератар павінен быць выключаны, каб не ўдарыла токам). Пасля ўключэння прыбора пройдзе іскра, у выніку чаго валасы ўстануць дубка.

Генератар варта разряжать пасля кожнага прымянення і працаваць з ім вельмі асцярожна, бо ток можа стаць смяротна небяспечным для чалавека.