Generator Van de Graaff

U ranim 1930-ima dr. Robert Van de Graaf, koji je u to vrijeme radio kao znanstveni novak na Massachusetts Institute of Technology, a bavio se znanstvenim istraživanjima u području nuklearne fizike i ubrzivačke tehnologije, razvio je, dizajnirao i ubrzo izgradio visokonaponski elektrostatički akcelerator koji djeluje na principu elektrificiranog transportna traka zračnih iona (1933.)

Kasnije, 1936., Van de Graaff je sagradio (sve na istom principu) najveći svjetski elektrostatički generator konstantnog napona - tandemski generator Van de Graaff, koji se sastojao od dvije visoke kule.

Novine tog doba nazvale su izum vanjskog profesora ništa revolucionarnim, predviđale su mu da "čini čuda" i "otkriva tajne prirode". Ovako snažno miješanje u tisku uopće nije iznenađujuće, jer se najveći dvostupanjski van de Graaffov generator sastojao od dva ogromna stupa promjera gotovo dva metra i visine od oko 15 metara (s metalnim sferama promjera 4,5 metra postavljenim na vrhu stubova, iznutra koja se mehanički napajala električnim nabojem) i omogućila je dobivanje razlike od 7.000.000 volti.

Unatoč niskoj učinkovitosti uređaja u cjelini (oko 23%), ljudi koji su vidjeli divni uređaj na poslu ostavili su neizbrisiv dojam, jer su iskra iskre bila dugačka više od metra.

Snaga Van de Graaffovog generatora bila je dovoljna za pravi istraživački rad - za ubrzanje atomskih jezgara, kao i elementarnih čestica, poput protona i elektrona, do dovoljno velike brzine. Tako je Van de Graaffov generator koji se koristi u akceleratorima pomogao znanstvenicima da identificiraju komponente atoma, koje su struktura fizičkog svemira.

Kažu da je ideja o načelu rada visokonaponskog generatora došla do Van de Graufa kad je još bio student i promatrao iskre statičkog elektriciteta s vremena na vrijeme kako trče na radnoj tiskari.

Princip rada generatora je sljedeći. Svilena ili gumena traka (dielektrična traka) proteže se i okreće se poput transportne trake na par valjaka, od kojih se jedan nalazi u dnu stupa, a drugi unutar šupljine provodne sfere na vrhu. Donji valjak izrađen je od metala i galvanski povezan sa tlom, pokreće ga motor. Gornji valjak je dielektričan.

Metalna četka spojena na pozitivni terminal izvora visokog napona, čiji je negativni terminal izravno povezan s donjim valjkom, doveden je na traku ispod, ispod donjeg valjka, s malim razmakom.

Dakle, između donjeg valjka i četke pomiče se dielektrična traka (u pravom generatoru traka je imala širinu od oko 120 cm). Pod djelovanjem visokog napona (oko 20 000 volti) između valjka i četke, zrak između njih je ioniziran, a pozitivni zračni ioni, izvučeni Coulomb-ovom silom, odjure do negativno nabijenog valjka. Ali budući da se na putu iona nalazi dielektrična traka, ioni se talože na vrpcu i na taj se način pune.

Vrpca se kreće odozdo prema gore, ispod nje neprekidno prima naboj, u isto vrijeme naboj s njene površine neprekidno se uzima blizu gornjeg valjka, jer gornji valjak unutar sfere također ima četku koja se nalazi pored njega. Četkica uklanja naboj s trake i, galvanski povezan s unutarnjom površinom šuplje provodne sfere, prenosi naboj na njega, sve više naelektrizirajući ovaj sferni spremnik preko cijele vanjske površine, u osnovi ga pumpajući, ubacujući naboj u njega.

Temeljna mogućnost akumulacije naboja u kapacitetu sfere generatora van de Graaffa ograničena je koronskim pražnjenjem, što neizbježno nastaje uslijed ionizacije zraka koji okružuje sferu. Teoretska granica za sferu promjera 4,5 metra iznosi oko 17 000 000 volti.

Američki znanstvenik James Staki i volonterka Judy Creden demonstriraju sposobnost ljudskog tijela da provodi električnu struju. Predavanje u New Yorku, 1966