350kv Van de Graaff Generator (1 / 10 steg)

Steg 1: Hur det fungerar

Jo händer det bara så att Van de Graaff generator fungerar på en mycket enkel princip. Jag är säker på att ni alla känner till vad som händer när du går på mattan med gummi skor på en mycket torr dag. Håret står upp, och du har möjlighet att skicka el överslag genom luften till bestörtning av någon armar nå ifrån dig. Detta beror på något som kallas triboelectric överföring. När du kliver på mattan kommer att mattan utbyta en laddning med dig. Som du fortsätter gå laddningen fortsätter att bygga upp tills din kropp inte har kapacitet att hålla längre charge, eller du få för nära något som har en skillnad i potential och alla laddningen läckage plötsligt från kroppen genom en bana av joniserad luft.

En Van de graaff generator utnyttjar triboelectric överföring med hjälp av ett bälte på två rullar för att bära en avgift från en metall kam till en annan metall kam där avgiften får överföras till en metall sfär.

I konstruktion, vdg är mycket enkel, men den princip som det fungerar på är långt mer komplex. Dessa generatorer har till exempel inte deras bälte gnugga på rullarna som gummi skor gör på golv. Triboelectric överföringen sker enkelt genom kontakt inte friktion. Detta betyder dock att de material som vdg bältet kommer i kontakt med på rullarna är avgörande för operation. För att vara effektiv bör material i de två rullarna på motsatta sidor av den triboelectric serien och bältet bör göras av ett material som hamnar någonstans mellan dem i serien. Triboelectric serien är inget annat än en lista över material som beställts av deras triboelectric effekt, eller hur de utbyta avgifter med andra material. Eftersom vdg bygger på denna effekt om de två rullarna är triboelectrically identiska kan utan kostnad byggas upp. Orientering på rullarna faktiskt vad avgör polariteten av utdata. I mitt fall använt jag teflon för botten roller och aluminium för toppen så jag fick en positiv utgång. Byta ut rullarna skulle ge mig en negativ utgång.

Valsar och bälten är bara en del av historien om. Om man tittar på diagrammet ovan, kan du se att två metall hårkammar eller borstar används på maskinen. nedersta borsten är jordad, och tar bort avgiften från den översta elektroden. Översta borsten överförs avgiften från bältet till den högsta sfären. Att bättre förstå vad som händer med borstar det vore bättre att tänka på ett exempel. Tänk dig en vdg med en positiv utgång. som bältet kommer från översta rullen till botten rullen, transporterar det elektroner från översta borsten. När det närmar sig botten borsten, avgiften är tillräcklig för att jonisera luft mellan borsten och bältet och elektronerna flyttar till marken. bältet fortsätter längs, laddas den triboelectrically botten rullen som positiv. Som det går över översta rullen börjar det att dra elektronerna från den översta sfären, lämnar oparade protoner, och därför positivt laddning det övre området.

Det övre området av själva maskinen är faktiskt mycket viktigt att produktionen av vdg av många skäl. Till exempel med ovanstående parametrar finns det ingen anledning varför en vdg inte kunde fortsätta att bygga upp en avgift för evigt, det är om det inte vore för det faktum att för det första det finns bara så många oparade protoner som kunde lämnas på klotet, och eftersom någon typ av liten ofullkomlighet eller punkt på sfären skulle börja att orsaka coronaurladdning , där avgiften bokstavligen läcker utanför området och i luften orsakar en stor mängd förluster. Som sagt, den större, rundare och mjukare området högst upp på vdg, ju högre output är det kan nå.

Jag verkligen inte har täckt allt, och det finns mycket mer händer i driften av vdg's, men förhoppningsvis nu du förstå grunderna i hur de fungerar.