Генератор Ван де Грааф

На початку 1930-х років доктор Роберт Ван де Грааф, який працював на той момент науковим співробітником в Массачусетському технологічному інституті і займався науковими дослідженнями в галузі ядерної фізики і прискорювальної техніки, розробив, спроектував і незабаром спорудив високовольтний електростатичний прискорювач, який працює за принципом електрізуемость іонами повітря конвеєрної стрічки (1933).

Пізніше, в 1936 році, Ван де Граафом був побудований (все за тим же принципом) найбільший в світі електростатичний генератор постійної напруги – тандемний генератор Ван де Грааф, що складається з двох високих веж.

Газети того часу називали винахід доцента не інакше як революційним, передрікали йому «чинить чудеса» і «відкривати таємниці природи». Настільки сильний ажіотаж в пресі зовсім не дивний, адже найбільший двохкаскадний генератор Ван де Грааф складався з двох величезних колон діаметром майже по 2 метри кожна і заввишки приблизно по 15 метрів (з закріпленими зверху на колонах металевими сферами діаметром по 4,5 метра, всередину яких механічно подавався електричний заряд) і дозволяв отримувати різницю потенціалів в 7000000 вольт.

Незважаючи на низький ККД пристрою в цілому (близько 23%), люди, які бачили чудовий прилад в роботі, відчували незабутнє враження, адже іскрові розряди виходили більш метра завдовжки.

Потужності генератора Ван де Грааф вистачало для реальної дослідницької роботи, – для прискорення атомних ядер, а також елементарних частинок, таких як протони і електрони, до досить високих швидкостей. Так генератор Ван де Грааф, використаний в прискорювачах, допомагав вченим виявляти складові частини атомів, що являють собою структуру фізичної всесвіту.

Кажуть, ідея щодо принципу роботи високовольтного генератора прийшла Ван де Грааф, коли він був ще студентом і спостерігав раз у раз проскакували іскри статичної електрики на працюючому друкарському верстаті.

Принцип дії генератора полягає в наступному. Шовкова або гумова стрічка (діелектрична стрічка) натягнута і обертається подібно конвеєрній стрічці на парі роликів, один з яких знаходиться в підставі колони, другий – всередині порожнини проводить сфери нагорі. Нижній ролик виготовлений з металу і гальванічно з’єднаний з землею, він приводиться в обертання двигуном. Верхній ролик – діелектричний.

До стрічці знизу, під нижнім роликом, з невеликим проміжком підведена металева щітка, з’єднана з позитивною клемою джерела високої напруги, негативна клема якого приєднана безпосередньо до нижнього ролика.

Отже, між нижнім роликом і щіткою рухається діелектрична стрічка (в реальному генераторі стрічка мала ширину близько 120 см). Під дією високої напруги (близько 20000 вольт) між роликом і щіткою, повітря між ними іонізується і позитивні іони повітря, їх вабить силою Кулона, спрямовуються до негативно зарядженого ролику. Але оскільки на шляху іонів знаходиться діелектрична стрічка, іони осідають на стрічці, заряджаючи її таким чином.

Стрічка рухається від низу до верху, внизу вона безперервно отримує заряд, одночасно з цим заряд з її поверхні безперервно забирається біля верхнього ролика, так як верхній ролик усередині сфери теж має розташовану поруч з собою щітку. Щітка знімає заряд з стрічки, і будучи з’єднана гальванически з внутрішньою поверхнею порожнистої провідної сфери, передає їй заряд, все більше і більше електрізуя цю сферичну ємність по всій її зовнішньої поверхні, по суті нагнітаючи, накачуючи в неї заряд.

Принципова можливість накопичення заряду в ємності сфери генератора Ван де Грааф обмежується коронним розрядом, який неминуче виникне через іонізації навколишнього сферу повітря. Теоретична межа для сфери діаметром 4,5 метра становить приблизно 17000000 вольт.

Американський вчений Джеймс Стакі і доброволець Джуді Крід демонструють здатність людського організму проводити електричний струм. Лекція в Нью-Йорку, 1966 р

Андрій повну

Ссылка на основную публикацию