Generaattori Van de Graaff

1930-luvun alkupuolella tohtori Robert Van de Graaf, joka työskenteli silloin tutkijana Massachusettsin teknillisessä instituutissa ja harjoitti tieteellistä tutkimusta ydinfysiikan ja kiihdyttimen tekniikan alalla, kehitti, suunnitteli ja pian rakensi korkeajännitteisen sähköstaattisen kiihdyttimen, joka toimi sähköistetyn periaatteen mukaisesti. ilmaionien kuljetinhihna (1933).

Myöhemmin, vuonna 1936, Van de Graaff rakensi (kaikki samalla periaatteella) maailman suurimman sähköstaattisen vakiojännitegeneraattorin - Van de Graaffin tandemgeneraattorin, joka koostui kahdesta korkeasta tornista.

Tuon ajan sanomalehdet, joita kutsuttiin apulaisprofessorin keksintöksi, olivat vain vallankumouksellisia, ennustivat häntä "tekemään ihmeitä" ja "etsimään luonnon salaisuuksia". Tällainen voimakas sekoitus puristimessa ei ole ollenkaan yllättävää, koska suurin kaksivaiheinen van de Graaff -generaattori koostui kahdesta valtavasta pylväästä, joiden halkaisija oli melkein 2 metriä ja korkeus noin 15 metriä (pylväiden halkaisijaltaan 4,5 metrin metallipallot, jotka oli kiinnitetty pylväiden päälle, sisäpuolelle) joka toimitettiin mekaanisesti sähkövarauksella) ja mahdollisti potentiaaliero 7 000 000 volttia.

Huolimatta laitteen alhaisesta hyötysuhteesta (noin 23%), ihmisillä, jotka näkivät ihanan laitteen työssä, oli pysyvä vaikutelma, koska kipinäpurkaukset olivat yli metriä pitkä.

Van de Graaff -generaattorin teho riitti todelliseen tutkimustyöhön - kiihdyttää atomiytimiä sekä elementtihiukkasia, kuten protoneja ja elektroneja, riittävän suurille nopeuksille. Joten kiihdyttimissä käytetty Van de Graaff -generaattori auttoi tutkijoita tunnistamaan atomien komponentit, jotka ovat fyysisen maailmankaikkeuden rakenne.

He sanovat, että idea korkeajännitegeneraattorin toimintaperiaatteesta tuli Van de Graufille, kun hän oli vielä opiskelija ja tarkkaili staattisen sähkön kipinöitä aika ajoin käyvässä toimivassa painokoneessa.

Generaattorin toimintaperiaate on seuraava. Silkki- tai kumiteippi (dielektrinen teippi) venytetään ja pyörii kuljetinhihnan tavoin telaparilla, joista toinen sijaitsee pylvään pohjassa, toinen johtavan pallon onkalon yläosassa. Alempi tela on valmistettu metallista ja galvaanisesti kytketty maahan, sitä ajaa moottori. Ylärulla on dielektrinen.

Korkeajännitelähteen positiiviseen napaan kytketty metalliharja, jonka negatiivinen napa on kytketty suoraan alatelaan, viedään alla olevalle nauhalle, alatelan alle, pienellä raolla.

Joten alatelan ja harjan välillä dielektrinen nauha liikkuu (todellisessa generaattorissa nauhan leveys oli noin 120 cm). Telan ja harjan välisen korkean jännitteen (noin 20 000 volttia) vaikutuksesta niiden välinen ilma on ionisoitunut ja Coulomb-voiman vetämät positiiviset ilmaionit kiirehtivät negatiivisesti varautuneeseen telaan. Mutta koska ionien tiellä on dielektrinen nauha, ionit asettuvat nauhalle, lataamalla sen tällä tavalla.

Nauha liikkuu alhaalta ylöspäin, sen alapuolelle vastaanotetaan jatkuvasti varausta, samalla kun sen pinnalta tulevaa varausta otetaan jatkuvasti lähellä ylempää telaa, koska pallon sisäisessä ylemmässä telassa on myös vieressä oleva harja. Harja poistaa varauksen nauhasta, ja ollessaan galvaanisesti kytkettynä onton johtavan pallon sisäpintaan, siirtää varauksen sille, sähköistämällä tämän palloisen säiliön yhä enemmän koko ulkopinnallaan, pumppaamalla sitä olennaisesti pumppaamalla varausta siihen.

Perusmahdollisuutta varauksen kerääntymiseen van de Graaff -generaattorin pallon kapasiteettiin rajoittaa koronapurkaus, joka syntyy väistämättä palloa ympäröivän ilman ionisoitumisesta. Pallon, jonka halkaisija on 4,5 metriä, teoreettinen raja on noin 17 000 000 volttia.

Amerikkalainen tutkija James Staki ja vapaaehtoinen Judy Creden osoittavat ihmiskehon kyvyn johtaa sähkövirtaa. Luento New Yorkissa, 1966