En av de intressanta högspänningsenheterna är Van de Graaff-generatorn, en enhet som skapar en hög potentialskillnad på grund av elektrifieringen av ett dielektriskt band som rör sig längs två rullar. Den maximala spänningen varierar beroende på enhetens skala och kan variera från några tiotals kilovolt för små bänkgeneratorer till miljontals volt för stora enheter som kan användas för vetenskapliga ändamål och demonstrationsändamål. Med hjälp av en Van de Graaff-generator är det möjligt att utföra många spektakulära experiment, till exempel att observera hur små konfetti flyger uppåt på grund av inverkan av elektriska krafter eller en persons hår reser sig "på ända" om en persons kropp är kopplat på ett visst sätt till ett gnistgap. För att montera generatorn behöver du inga specifika delar - allt kan antingen hittas hemma eller köpas i närmaste järnaffärer. Generatorns allmänna krets visas nedan.
Att göra en Van de Graaff Generator med dina egna händer
Strukturellt är generatorn ett rör med ett dielektriskt band som roterar inuti det. Två rullar, på toppen och botten av röret, ger den nödvändiga spänningen av tejpen; den nedre rullen är också en drivning och är ansluten till motoraxeln, som kommer att snurra tejpen. En massiv metallsfär är fixerad i den övre delen av röret, som kommer att fungera som en laddningsackumulator. Formen på en sfär är bäst lämpad för detta ändamål, eftersom den inte har några skarpa utsprång, och därför kommer laddningen att ackumuleras mest effektivt: skarpa utsprång kan leda till att det uppstår en koronaurladdning genom vilken den ackumulerade laddningen strömmar. För att göra en enkel hemgenerator kan du använda en stor panna som en sfär, installera den upp och ner; en hemostatisk turniquet från ett apotek är idealisk som tejp; rullar kan skäras till, till exempel från trä, polystyrenskum, eller du kan ta isär en färgrulle. Ett avloppsrör med en diameter på 10-11 cm är perfekt som husrör.Bältet kan drivas med en skruvmejsel om det har höga hastigheter, eller med olika ganska kraftfulla motorer från leksaker eller radiostyrda modeller. Monteringen börjar med att hitta lämpliga komponenter.
När du använder ett avloppsrör med en diameter på 11 cm kommer den optimala höjden på strukturen att vara cirka 1 meter. Hela strukturen kommer att installeras på ett stativ gjord av skrotbrädor.
Som motor för att rotera remmen använder jag en drivenhet från en radiostyrd helikopter, vilket är ett par motorer som tillsammans roterar en stor växel och därigenom bildar en växellåda som sänker hastigheten till önskad nivå och ökar vridmomentet. Det drivna kugghjulet är fäst vid en M4-stift, som passerar genom hela röret i botten; i framtiden kommer en axel med en rulle att fästas på den. Som praxis har visat räcker det med en helikoptermotor - trots sin stora storlek har sådana motorer anständig kraft och snurrar lätt hela tejpen inuti huset.
Motorerna pressas uppifrån med en metallremsa, och inriktningen av alla växlar är förutbestämd. Det är att föredra att använda batteriströmkällor som inte är anslutna till nätverket på något sätt, även genom galvanisk isolering av transformatorn, för att driva motorn i en Van de Graaff-generator.
Bilderna ovan visar den nedre rullen. De lyckades skära ut den ur två stycken penoplex-isolering, vilket gav den en fatform. Observera att formen ska vara tunnformad, med en lätt slät förtjockning i mitten - om skaftet är helt slätt hoppar tejpen av då och då. Rullarnas material spelar en betydande roll i konstruktionen av generatorn - botten ska vara metall och toppen ska vara plast. I det här fallet är det inte nödvändigt att göra den nedre axeln helt i metall; det räcker att täcka den ovanpå med ledande folie; denna folie måste också vara elektriskt ansluten till axeln som rullen sitter på.
Jag tog topprullen färdig från en färgrulle, den passar perfekt i form och storlek.Rullen, liknande den nedre, är installerad på en M4-stift, som är installerad i spår på rörets övre del, vilket kan ses på bilden nedan.
En hemostatisk tourniquet säljs i nästan alla apotek; den har de nödvändiga egenskaperna för att överföra en laddning och är också ganska elastisk. Den köpta tourniqueten ska tvättas från talk, torkas och sedan skäras till önskad längd med en liten marginal. För att förvandla selens tejp till en sluten cirkel kan ändarna helt enkelt limmas ihop med superlim med en överlappning på 2-3 cm; styrkan hos en sådan anslutning visade sig vara mer än tillräckligt.
Nästa del av generatorn är borstarna, genom vilka laddningen kommer att "appliceras" på tejpen och "tömma" från den till den övre metallsfären. Jag rekommenderar att göra borstarna av en bit flerkärnig kabel, som är frilagd från isoleringen, fluffad upp och lödd på textolitplattor. Du bör göra två sådana borstar, en för den nedre rullen och en för den övre. Den nedre borsten kommer att anslutas till den nedre rullen och vara ansluten till jord, och den övre borsten kommer att anslutas till metallsfären. Bilden nedan visar de färdiga borstarna.
Borstarna installeras direkt bredvid rullarna i toppen och botten, avståndet från tejpen till ändarna på borstarna ska vara så litet som möjligt, men tejpen ska inte röra dem. Nedan kan du se de installerade borstarna upptill respektive nedtill.
Nu återstår bara att göra stöden som den övre sfären kommer att stå på - i mitt fall hittades en mer tillgänglig analog för den i form av en omvänd panna. En bit tråd som sticker ut ovanför stödens nivå är ansluten till borsten, det kommer att säkerställa dess kontakt med sfären.
I den nedre delen av strukturen, med hjälp av samma tråd, säkerställs kontakt mellan axeln, rullen och spåret med jordning.Observera att en bra jordning krävs för att generatorn ska fungera.
Sfären installeras sist och generatorn är nu redo att starta. När den är påslagen uppstår en potentialskillnad mellan marken (nedre rullen) och den övre sfären. Den kommer att öka tills ett elektriskt haveri inträffar i luften eller röret, eller tills laddningstillväxten överstiger hastigheten för dess "dränering" från sfären på grund av koronaurladdningar. Generatorns effektivitet beror starkt på luftfuktigheten - ju fuktigare luften är, desto mer förluster på grund av koronaurladdning, och följaktligen kan den lägre spänningen uppnås. Du kan öka hastigheten på laddningsuppbyggnaden genom att öka bandets rotationshastighet, samtidigt som generatorns maximala spänning också ökar. För att tömma sfären bör du föra ett jordat metallföremål närmare den. Om detta föremål har skarpa kanter kommer laddningen att flyta smidigt i form av en koronaurladdning, som bara kan ses i totalt mörker. Om föremålet har jämna linjer, när det närmar sig ett visst avstånd till sfären, kommer en elektrisk nedbrytning av luften att inträffa med ett ganska högt ljud och blixt. När du experimenterar med generatorn bör du vara försiktig, trots att den har extremt låg effekt kan spänningspulser på hundratals kilovolt orsaka hälsoskador.
