Generator Van de Graaff

I början av 1930-talet utvecklade Dr. Robert Van de Graaf, som vid den tiden arbetade som forskare vid Massachusetts Institute of Technology och var engagerad i vetenskaplig forskning inom området kärnfysik och acceleratorteknik, utvecklade, konstruerade och byggde snart en högspänning elektrostatisk accelerator som arbetade på principen om en elektrifierad luftjoner transportband (1933).

Senare, 1936, byggde Van de Graaff (alla på samma princip) världens största elektrostatiska konstantspänningsgenerator - Van de Graaff tandemgenerator, bestående av två höga torn.

Tidningar från den tiden kallade lektorns uppfinning inte mer än revolutionerande, förutspådde honom att "utföra mirakel" och "upptäcka naturens hemligheter." En sådan stark rörelse i pressen är inte alls överraskande, eftersom den största tvåstegs van de Graaff-generatorn bestod av två enorma kolumner med en diameter på nästan 2 meter vardera och en höjd av cirka 15 meter (med metallsfärer 4,5 meter i diameter monterade ovanpå kolonnerna, inuti som mekaniskt levererades med en elektrisk laddning) och gjorde det möjligt att erhålla en potentiell skillnad på 7 000 000 volt.

Trots den låga effektiviteten för enheten som helhet (cirka 23%) hade människor som såg en underbar anordning på jobbet ett outplånligt intryck, eftersom gnistutsläpp var mer än en meter långa.

Van de Graaff-generatorens kraft var tillräckligt för verkligt forskningsarbete - för att påskynda atomkärnor, såväl som elementära partiklar, såsom protoner och elektroner, till tillräckligt hög hastighet. Så Van de Graaff-generator, som används i acceleratorer, hjälpte forskare att identifiera de beståndsdelar av atomer, som är strukturen i det fysiska universum.

De säger att idén om principen om drift av en högspänningsgenerator kom till Van de Grauf när han fortfarande var student och tittade på gnistor från statisk elektricitet då och då på en fungerande tryckpress.

Generatorns driftprincip är följande. Silk- eller gummiband (dielektriskt tejp) sträckes och roterar som ett transportband på ett par rullar, varav en är belägen vid basen av kolonnen, den andra inuti kaviteten i den ledande sfären upptill. Den nedre valsen är gjord av metall och galvaniskt ansluten till marken, den drivs av en motor. Den övre rullen är dielektrisk.

En metallborste ansluten till den positiva terminalen på högspänningskällan, vars negativa terminal är ansluten direkt till den nedre valsen, föres till tejpen nedan, under den undre rullen, med ett litet gap.

Så mellan den nedre valsen och borsten rör sig ett dielektriskt band (i en verklig generator hade bandet en bredd på cirka 120 cm). Under påverkan av en högspänning (cirka 20 000 volt) mellan rullen och borsten, joneras luften mellan dem och positiva luftjoner, dras av Coulomb-kraften, rusar till den negativt laddade rullen. Men eftersom det finns ett dielektriskt band i jonens väg, jonerna sätter sig på bandet och laddar det på detta sätt.

Tejpen rör sig från botten till toppen, under den får kontinuerligt en laddning, samtidigt tas laddningen från dess yta kontinuerligt nära den övre rullen, eftersom den övre rullen inuti sfären också har en borste belägen bredvid. Borsten tar bort laddningen från tejpen, och är galvaniskt ansluten till den inre ytan av den ihåliga ledande sfären, överför laddningen till den, elektrifierar denna sfäriska behållare mer och mer över hela sin yttre yta, pumpar den väsentligen och pumpar laddningen in i den.

Den grundläggande möjligheten för laddningsansamling i kapaciteten för vanen av Graaff-generatorns sfär begränsas av koronautladdningen, som oundvikligen uppstår på grund av jonisering av luften som omger sfären. Den teoretiska gränsen för en sfär med en diameter på 4,5 meter är ungefär 17 000 000 volt.

Den amerikanska forskaren James Staki och volontären Judy Creden demonstrerar människokroppens förmåga att leda elektrisk ström. Föreläsning i New York 1966