Генератор Ван де Граафа

Физика > Генератор Ван де Грааф

 

Рассмотрите принцип действия генератора Ван де Граафа: структура и строение аппарата, разделение зарядов, диапазон мегавольт, клетка Фарадея и полярность.

Генератор Ван де Граафа – прибор для разделения зарядов и формирования потенциальных различий в диапазоне мегавольт.

Задача обучения

• Охарактеризовать функции главных частей генератора Ван де Граафа.

Основные пункты

• Генератор представляет собою гибкий диэлектрический пояс, функционирующий над двумя металлическими шкивами.
• Ремень транспортирует заряд, изолируя положительный от отрицательного.
• Максимальная разность потенциалов достигается, когда скорости потери и приобретения заряда у сферы равны. Заряд может потеряться при утечке и коронном разряде.

Термины

• Клетка Фарадея – оболочка, сформированная проводящим материалом или подобной сеткой.
• Полярность – разделение, выравнивание или поворот на два противоположных полюса.
• Коронным именуют электрический разряд, созданный ионизацией жидкости, окружающей электрически активированный проводник.

Генератор Ван де Граафа – прибор для разделения электрических зарядов. Применяет подвижный ремень, способный формировать крайне высокие разности потенциалов. Иногда это значение превышает 5 МВт. Какой принцип действия генератора Ван де Граафа?

Генератор представлен гибким диэлектрическим поясом, функционирующим над двумя металлическими шкивами. Один из них окружен пустой металлической сферой. Два электрода установлены внизу возле нижнего шкива и внутри сферы над верхним. Один гребень подключен к сфере, а второй к земле.

Перед вами: 1) пустой металлический шар; 2) верхний электрод; 3) верхний валик; 4) сторона ремня с положительными зарядами; 5) сторона ремня с отрицательными зарядами; 6) нижний валик (металл); 7) нижний электрод (земля); 8) сферический прибор с отрицательными зарядами; 9) искра, созданная разностью потенциалов

Разделение зарядов – сложный процесс с множеством шагов. Вокруг нижнего шкива сосредоточено электрическое поле, откуда ремень добывает отрицательный заряд. При контакте ремня с верхним роликом, валик приобретает отрицательный заряд. Электроны пробиваются от ремня к верхнему гребню, а затем к клемме, оставляя на ремне положительный заряд, а на клемме – отрицательный.

Сфера функционирует по принципу клетки Фарадея, защищая верхний валик от электрического поля. В итоге, осуществляется разряд, а ремень меняет полярность. В процессе работы ремня, ток перемещается сквозь него, а сфера становится все более отрицательно заряженной, пока скорости приобретения и потери заряда не приравниваются. Финальный потенциал выступает пропорциональным размеру сферы и ее дистанции от земной поверхности.