Elektrostatik jeneratörler — cihaz, çalışma prensibi ve uygulama

Elektrik şarjı - eşit büyüklükteki iki zıt yükün birbirini götürmesi olgusu. Zıt elektrik yüküyle güçlü bir şekilde yüklü iki cisim birbirine yakın mesafedeyse, aralarında bir kıvılcım sıçrar ve kısa bir patlama sesi duyulur.

Elektrik yüklü bir cismin, yükü bir birim olarak alınan bir başka cisim üzerindeki etki kuvvetine potansiyel denir. Potansiyel fark voltajdır.

almanın ilk yolları elektrik ücretleri ve elektrostatik alanlar, çeşitli malzemelerin (kürk, yün, ipek, deri ve diğer malzemelerin cam, reçine, lastik vesaire.). Aynı zamanda, voltajlar ve yükler son derece küçüktü. Yüklerin mekanik aktarımla endüksiyonu ve birikmesi, ortaya çıkan gerilimlerde hafif bir artışı mümkün kıldı.

Daha sonra, yüksek voltaj elde etmek için elektrostatik kılavuzlama (indüksiyon) prensibine dayanan dönen disklere sahip sürekli çalışan makineler yaratıldı.Ancak bu makineler yüksek güç elde etmeyi mümkün kılmadı ve ağırlıklı olarak eğitim kurumlarının fizik ofislerinde cihaz olarak uygulama buldu.

Vücutların elektrifikasyonu ve elektrostatik indüksiyon

Elektrik yüklerinin vücuda verdiği mesaja denir elektrifikasyon… Makalede açıklanan Vücutların elektriklenmesi ve yüklerin etkileşimi pozitif ve negatif iyonların oluşum süreci, cisimlerin elektriklenme süreci hakkında bir fikir verir: elektronların bir vücuttan diğerine transferinden oluşur.

Böylece vücudun elektrik yükü, vücuttaki fazlalık veya eksiklik ile belirlenir. elektronlar... Bir cismi, sürtünme, temas, yön, yük aktarımı teknik olan çeşitli şekillerde elektriklendirmek mümkündür.

Tersine işlem - vücudun nötr durumunun restorasyonu (nötralizasyon) - ona eksik sayıda elektron vermek veya fazlalığını ondan çıkarmaktan oluşur.

Sürtünme ile elektriklenme sırasında, temas eden cisimlerden herhangi birine dışarıdan ek yükler iletilmezse, her iki cisim de aynı miktarda farklı işaretli elektrikle yüklenir. Gövdeler bağlandığında, yükleri tamamen nötralize edilir.

Bu şekilde yükler oluşturulmaz veya yok edilmez, yalnızca bir gövdeden diğerine aktarılır. Bu bizi elektrik yüklerinin korunumu yasasının varlığına ikna eder, örneğin enerji korunumu yasası.

Statik elektrik — durağan elektrik yükü. İki yalıtkan veya bir yalıtkan ile metal (örn. motor tahrik kayışları) arasındaki sürtünmenin bir sonucu olarak oluşur, ancak mutlaka katı cisimler olması gerekmez.

Statik elektrik ayrıca belirli sıvıların veya gazların sürtünmesinden de kaynaklanabilir. Cildi çok kuru olan kişilerde elektrik yükü birikir. Hareket sırasında (liflerin cilde sürtünmesi) kumaşta önemli bir statik elektrik yükü oluşur, kumaş vücuda yapışır ve hareketi engeller.

Statik elektrik, tek bir kıvılcımın tüm kütleyi tutuşturabileceği yanıcı ve patlayıcı ortamlarda tehlikeli hale gelir. Bu durumda, nemlendirme veya ışınlama ile iletkenliği artırılabilen bazı metalik cihazlar aracılığıyla statik yükün derhal toprağa veya havaya bırakılması gerekir.

elektrostatik indüksiyon — telin yakınında bulunan diğer yüklerin etkisi altında tel üzerinde elektrik yüklerinin ortaya çıkması (vücut elektriği belli bir mesafeden).

Bir dış yükün etkisi altında, iletkenin en yakın ucunda, işareti dışarıdan etki eden yükün işaretinin tersi olan ve iletkenin uzak ucunda bir yük indüklenir (ortaya çıkar). aynı işaretin yükü. Bu durumda, her iki endüktif yükün büyüklüğü eşittir, yani indüksiyon tel üzerindeki yüklerin yalnızca ayrılmasına neden olur, ancak tel üzerindeki toplam yükü değiştirmez (indüklenen yüklerin toplamı sıfır olduğu için).

İndüklenen yüklerin büyüklüğü ve yerleri, iletken içinde elektrostatik alan olmaması koşuluyla belirlenir. Bu nedenle, indüklenen yükler, oluşturdukları elektrik alanı, endüktif yük tarafından oluşturulan telin içindeki alanı yok edecek şekilde konumlandırılır.

Elektrostatik indüksiyona bir örnek: yüksüz bir elektroskopta hem pozitif hem de negatif elektrik yükleri eşit miktardadır ve bu nedenle elektroskop elektriklenmez.

Pozitif yüklü bir cam çubuk ona yaklaşırsa, serbest elektronlar aynı anda ona çekilir ve elektroskobun pozitif yükü aynı anda itilir.

Negatif yük cam çubuğa daha yakın konsantre edilir, ona bağlanır, pozitif yük itilir ve bu nedenle elektroskobun arka tarafında bulunur - ücretsizdir.

Elektroskop şimdi elektrikli. Ancak bu durum uzun süreli değildir. Yükün pozitif ve negatif olarak ayrılması ihlal edildiğinden, elektroskobun nötr durumu geri yüklendiğinden ve yaprakları orijinal konumlarına geri döndüğünden, cam çubuğu çıkarmaya değer.

Elektroskop - vücudun hangi yük ile elektriklendiğini belirlemenin mümkün olduğu bir cihaz. Üst ucunda bir top veya plaka bulunan metal bir çubuk ve altta iki serbest asılı metal levhadan oluşur. Elektroskobun çalışması şu ilkeye dayanır: aynı isimli cisimler birbirini iter (Bkz. Elektroskobun çalışma prensibi).

Elektrostatik indüksiyon nedenlerinden biridir doğada yıldırım, — atmosferik statik elektriğin en güçlü ve tehlikeli tezahürü.

Yıldırım Bulutun tek tek parçaları, tek tek bulutlar, bulut ve Dünya arasında, Dünya'dan buluta atmosferik elektriğin boşalmasıdır. Diğer bir deyişle yıldırım, kısa süreli bir elektrik akımı, elektrik potansiyellerini eşitleyen bir elektrik kıvılcımı olarak tanımlanabilir.

35 Fırtına ve Şimşek Hakkında Sıkça Sorulan Sorular

Van de Graaf elektrostatik jeneratör

Bilimsel ve teknik amaçlar için (örneğin, nükleer fizik, radyobiyoloji, X-ışını tedavisi, malzeme testi, kusur tespiti vb.), birkaç milyon voltluk voltaj üretebilen cihazlara ihtiyaç vardır.

Bu tür cihazlar, teknik olarak gelişmiş, yüksek doğru gerilime sahip elektrostatik jeneratörlerdir. Bunların en ünlüsü, 1829'da Amerikalı bir fizikçi tarafından yaratılan Van de Graaf jeneratörüdür. Robert van de Graaff (1901 - 1967).

7 megavolt voltajlı Van de Graaf jeneratörü (1933)

Jeneratör, yalıtkan malzemeden yapılmış uzun, içi boş bir kolon üzerine monte edilmiş metal içi boş bir toptur. Topun boyutları ve kolonun yüksekliği, jeneratörün gerekli voltajının sınırına göre belirlenir (örneğin, 5 MV voltajı olan bir jeneratör için topun çapı 5 m'ye ulaşır). Kolonun içinde sonsuz bir yalıtım malzemesi (ipek, kauçuk) kayışı hareket eder ve bu, yükleri küreye aktarmak için bir konveyör görevi görür.

Siz yukarı çıktıkça şerit, kaynağın bir kutbuna bağlı fırçayı geçerek cihazın altında çalışır doğru akım yaklaşık 10.000 V voltaj (uygun bir redresör bu kaynak olarak kullanılabilir) Van de Graaf ilk elektrostatik jeneratörlerini tasarlarken cihazı kullandı. bir vakum tüpü ile.

Van de Graaff elektrostatik jeneratör cihazı

Bu fırçanın uçlarından yükler topun içinde onları taşıyan kayışa akar ve ikinci fırça vasıtasıyla topun dış yüzeyine geçer.Bandın yüksüz kısmının aşağı doğru hareket ettirilmesi sürecini iyileştirmek için, yüklü bilyadan çıkarılan fırçalar yardımıyla zıt işaretteki yükler aktarılır.

Elektrostatik indüksiyon nedeniyle, deşarj tarafından bandın inen kısmına taşınan fırça üzerinde negatif bir yük oluşur. Bu yük daha sonra fırçaya ve topraklanmış alt silindire aktarılır ve buradan zemine boşaltılır.

Bant hareket etmeye devam ettikçe, topun üzerindeki yük, topun çapı ve topun başka bir elektroda veya toprağa olan mesafesi tarafından belirlenen önceden belirlenmiş bir eşik değerine ulaşana kadar artar.

Bant hareket etmeye devam ettikçe, topun üzerindeki yük, topun çapı ve topun başka bir elektroda veya toprağa olan mesafesi tarafından belirlenen önceden belirlenmiş bir eşik değerine ulaşana kadar artar.

Voltajı artırmak için, topların zıt işaretli yükleri aldığı bu tür iki cihaz kurulur. Bu nedenle, örneğin, 10 MV'lik bir voltaj elde etmek için, toprağa göre +5 MV ve -5 MV'ye göre şarj edilen ve birbirinden öyle bir mesafeye monte edilen iki jeneratör kullanılır ki voltajda arıza olasılığı daha az Verilenden Kapalıdır.

Şu anda, Van de Graaff tasarımını tekrarlayanlar da dahil olmak üzere çok sayıda farklı elektrostatik jeneratör modeli bulunmaktadır. Hem fiziksel deneyler için hem de eğlence ve aksiyon gösterileri için bir cazibe merkezi olarak kullanılırlar. Statik elektrik.

Bu ilginç: Triboelektrik etki nanojeneratörü (TENG)