Bahagian penjana van de grafaf, bagaimana ia berfungsi, aplikasi

Dia Van de Graaff Generator Ia adalah artifak yang berfungsi terima kasih kepada fenomena elektrostatik, dan fungsinya terdiri daripada menghasilkan semula potensi elektrik yang besar, mengikut urutan mega -electronvolts (MeV), untuk mempercepat zarah subatomik. Potensi sedemikian tertumpu di bahagian atasnya, di mana sfera logam dan berongga berehat.

Ia dicipta pada tahun 1929 oleh ahli fizik Amerika Robert J. Van de Graaf, Model Bangunan dengan pelbagai saiz dan keupayaan elektrik. Salah satu yang terbesar, yang dicipta pada tahun 1933 dan diperhatikan dalam imej yang lebih rendah, mampu mencapai potensi elektrik 5MEV; lima kali kurang dari yang anda dapat (25.5mev).

Salah satu penjana van de Graaf terbesar yang pernah dibina, terletak di Muzium Sains Boston. Sumber: Beyond My Ken, CC By-SA 4.0, melalui Wikimedia Commons

Sangat banyak potensi penjana van de graaff, bahawa di udara mengelilingi sfera logamnya terdapat pelepasan elektrik. Pelepasan ini adalah hasil daripada ketidakseimbangan caj elektrik, kerana sfera memperoleh caj elektrik yang sangat negatif atau sangat positif; Semua bergantung pada bahan dan reka bentuk mereka.

Artefak ini agak popular dalam pengajaran fizik dan elektrik. Ini kerana sukarelawan, ketika menyentuh sfera atau kubah logam penjana kecil, mengalami pengangkat sukarela rambut mereka, yang mengingati elektrik.

[TOC]

Bahagian penjana van graaff

Perwakilan mudah operasi penjana van graff. Sumber: Dake, diubahsuai oleh Gonfer00, CC By-SA 2.5, melalui Wikimedia Commons

Dalam imej unggul kita mempunyai bahagian konvensional untuk penjana van graaff. Ia mempunyai bingkai menegak yang dihiasi dengan sfera berongga atau kubah logam (1). Di dalam, kami mempunyai band atau tali pinggang (4 dan 5) yang diperbuat daripada bahan polimer dan penebat, seperti tiub pembedahan.

Ia boleh melayani anda: Halaju sudut purata: definisi dan formula, latihan yang diselesaikan

Sabuk ini sentiasa bergerak antara dua penggelek: satu unggul (3), dan satu lebih rendah (6). Begitu juga, setiap roller mempunyai berus logam yang dilampirkan (2 dan 7) yang menyentuh permukaan tali pinggang. Pergerakan tali pinggang diaktifkan oleh motor elektrik yang disambungkan ke pangkalan penjana.

Seperti yang dapat dilihat dalam imej, sfera penjana positif (+). Oleh itu, ia memerlukan elektron untuk membekalkan ketidakseimbangan elektrik. Di sinilah elektron (-) yang meninggalkan penjana akhirnya memuatkan peranti logam berdekatan (8); Akhirnya menghasilkan kejutan elektrik (9) ke arah kubah logam.

Kejutan elektrik boleh berlaku sama ada ke arah kubah, atau ke arah peranti; Yang terakhir berlaku ketika kubah yang dikenakan secara negatif.

Bagaimana penjana van grafe berfungsi?

Siri Triboelektrik

Penjana Van de Graaff boleh positif atau negatif. Simbol beban akan bergantung kepada sifat triboelektrik bahan -bahan yang mana tali pinggang dan salutan roller bawah dibuat.

Sebagai contoh, jika roller bawah ditutup dengan nilon, tetapi sebagai tali pinggang getah, maka siri triboelektrik harus diperiksa untuk mengetahui bahan yang akan diterima dan yang akan mendermakan elektron setelah mereka menghubungi.

Oleh itu, nilon untuk menjadi lebih positif, iaitu, akan lebih jauh dalam siri triboelektrik daripada getah, maka ia akan kehilangan elektron sementara getah akan memenanginya. Oleh itu, tali pinggang akan berakhir atau menggerakkan beban negatif apabila enjin penjana dihidupkan.

Ia dapat melayani anda: usaha pemotongan: bagaimana dikira dan diselesaikan

Sementara itu, jika roller bawah disalut dengan silikon, sebaliknya akan berlaku: tali pinggang akan kehilangan elektron, kerana silikon lebih negatif daripada getah dalam siri triboelektrik. Dan akibatnya, tali pinggang akan menggantikan atau menggerakkan beban positif (seperti dalam imej yang telah diterangkan).

Pemindahan beban

Triboelectricity hanyalah salah satu daripada banyak fenomena elektrik (kesan mahkota dan fotoelektrik, baldi ais Faraday, medan elektrik, dll.) yang berlaku di penjana van de graoff. Tetapi titik tengah adalah bahawa ia boleh bergerak, menggerakkan atau "pam" caj elektrik ke kubah logam.

Sebaik sahaja roller bawah dimuatkan secara negatif selepas enjin dikendalikan, dan tali pinggang positif, elektron roller mula mengusir muka luar tali pinggang. Elektron ini berhijrah, melalui udara, ke berus yang lebih rendah, di mana mereka akan didorong ke bumi atau peranti lain.

Sabuk beban positif mencapai roller atas, yang mempunyai sifat triboelektrik yang menentang roller yang lebih rendah; iaitu, bukannya mengecas secara negatif, ia mesti kehilangan elektron dan, oleh itu, juga mengenakan secara positif. Oleh itu, beban positif bergerak ke roller atas dan, akhirnya, ke arah berus atas dalam hubungan langsung dengan kubah logam.

Elektron berus atas diangkut ke roller untuk meneutralkan beban. Tetapi elektron ini berasal dari permukaan kubah logam. Oleh itu, kubah juga memperoleh beban positif.

Kejutan elektrik

Kubah, mengikut dimensinya, akan mencapai potensi maksimum. Selepas itu, caj elektrik mesti seimbang. Menjadi sangat positif, anda akan menerima elektron dari sumber yang sangat negatif: peranti yang menerima elektron berus yang lebih rendah. Oleh itu, terdapat kejutan elektrik (percikan) dari peranti (negatif) ke kubah logam (positif).

Boleh melayani anda: higroscopicity: konsep, bahan hygroscopic, contoh

Semakin besar potensi elektrik yang dicapai, berkadar dengan dimensi penjana, semakin kuat pelepasan elektrik akan diterbitkan semula. Perhatikan bahawa, jika mereka tidak begitu besar, elektron tidak dapat bergerak melalui udara, medium dielektrik bukan penggemar.

Aplikasi

Guru

Rambut lelaki ini dikenakan secara elektrik dan menangkis satu sama lain kerana mereka mempunyai beban yang sama dengan sfera logam penjana. Sumber: Adam Engelhart melalui Flickr (https: // www.Flickr.com/foto/telux/537906436/in/photostream/)

Sekiranya sfera logam dicas secara positif, dan seseorang menyentuhnya, rambut mereka juga akan dimuatkan secara positif. Caj yang sama menangkis, dan oleh itu, rambut akan bulu dan terpisah antara satu sama lain. Fenomena ini digunakan untuk tujuan pendidikan dalam kursus di mana elektrostatik diperkenalkan.

Oleh itu, penjana van de Graaf saiz kecil digunakan untuk menangkap perhatian para pemerhati berkenaan dengan rambut mereka; atau dalam perenungan pelepasan elektrik, replika setia yang kita lihat dalam filem fiksyen sains.

Pemecut zarah

Apabila kubah menumpukan banyak caj elektrik, potensi dihasilkan yang mampu mempercepatkan zarah subatomik. Untuk tujuan ini, Generator Van Graaf digunakan untuk menghasilkan semula x -ray dalam kajian perubatan dan fizik nuklear.

Rujukan

1. Serway, r. Ke. dan Jewett, J. W. (2005). Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 2. Edisi Ketujuh. Pembelajaran Cengage Editorial.
2. Wikipedia. (2020). Van de Graaff Generator. Diperoleh dari: dalam.Wikipedia.org
3. Akademi Magnet. (17 Jun, 2019). Van de Graaff Generator. Pulih dari: Nationalmaglab.org
4. Universiti Seattle. (2020). Elektrostatik - mangkuk aluminium dengan penjana van de graaf. Pulih dari: Seattleu.Edu
5. John Zavisa. (1 April 2000). Bagaimana Penjana Van de Graaff berfungsi. Pulih dari: sains.Howstuffwork.com