Как да направите генератор на Van de Graaff от PVC тръба

Едно от интересните устройства с високо напрежение е генераторът на Van de Graaff, устройство, което създава голяма потенциална разлика поради електрифицирането на диелектрична лента, движеща се по протежение на две ролки. Максималното напрежение варира в зависимост от мащаба на устройството и може да варира от няколко десетки киловолта за малки настолни генератори до милиони волта за големи устройства, които могат да се използват за научни и демонстрационни цели. С помощта на генератор на Van de Graaff е възможно да се извършат много зрелищни експерименти, например да се наблюдава как малки конфети летят нагоре от въздействието на електрически сили или косата на човек се изправя „настръхнала“, ако тялото на човек е свързан по определен начин към искров междинник. За да сглобите генератора, няма да ви трябват конкретни части - всичко може да се намери у дома или да се купи в най-близкия магазин за хардуер. Общата верига на генератора е показана по-долу.

Създаване на генератор на Ван де Грааф със собствените си ръце

Структурно генераторът е тръба с въртяща се в нея диелектрична лента. Две ролки, в горната и долната част на тръбата, осигуряват необходимото напрежение на лентата; долната ролка също е задвижваща и е свързана към вала на двигателя, който ще върти лентата. В горната част на тръбата е закрепена масивна метална сфера, която ще служи като акумулатор на заряд. Формата на сфера е най-подходяща за тази цел, тъй като няма остри издатини и следователно зарядът ще се натрупва най-ефективно: острите издатини могат да доведат до появата на коронен разряд, през който протича натрупаният заряд. За да направите прост домашен генератор, можете да използвате голям тиган като сфера, като го инсталирате с главата надолу; хемостатичен турникет от аптека е идеален като лента; ролките могат да бъдат изрязани, например, от дърво, полистиролова пяна или вие може да разглоби валяк за боядисване. Канализационната тръба с диаметър 10-11 см е перфектна като корпусна тръба.Коланът може да се задвижва с помощта на отвертка, ако има високи скорости, или с помощта на различни доста мощни двигатели от играчки или радиоуправляеми модели. Сглобяването започва с намирането на подходящи компоненти.

При използване на канализационна тръба с диаметър 11 см оптималната височина на конструкцията ще бъде около 1 метър. Цялата конструкция ще бъде монтирана върху стойка, изработена от скрап дъски.

Като двигател за въртене на колана използвам задвижващ блок от радиоуправляем хеликоптер, който представлява двойка двигатели, които съвместно въртят голяма предавка, като по този начин образуват скоростна кутия, която намалява скоростта до желаното ниво и увеличава въртящия момент. Задвижваното зъбно колело е прикрепено към щифт M4, който минава през цялата тръба отдолу, в бъдеще към него ще бъде прикрепен вал с ролка. Както показва практиката, един двигател на хеликоптер е достатъчен - въпреки големия си размер, такива двигатели имат прилична мощност и лесно въртят цялата лента вътре в корпуса.

Моторите са притиснати отгоре с метална лента, като центровката на всички зъбни колела е предварително установена. За захранване на двигателя в генератора на Van de Graaff е за предпочитане да се използват батерии, които не са свързани по никакъв начин към мрежата, дори чрез трансформаторна галванична изолация.

Снимките по-горе показват долната ролка. Те успяха да го издълбаят от две парчета пеноплекс изолация, придавайки му формата на варел. Моля, обърнете внимание, че формата трябва да е във формата на варел, с леко гладко удебеляване в средата - ако валът е напълно гладък, лентата ще изскочи от време на време. Материалът на ролките играе важна роля в конструкцията на генератора - дъното трябва да е метално, а горната - пластмасова. В този случай не е необходимо долният вал да е изцяло метален, достатъчно е да го покриете отгоре с проводимо фолио, което също трябва да бъде електрически свързано към вала, върху който седи ролката.

Взех горния валяк готов от валяк за боядисване, пасва идеално по форма и размер.Ролката, подобно на долната, е монтирана на щифт M4, който е монтиран в жлебове в горната част на тръбата, което се вижда на снимката по-долу.

В почти всяка аптека се продава хемостатичен турникет, той има необходимите свойства за прехвърляне на заряд и също е доста еластичен. Закупеният турникет трябва да се измие от талк, да се изсуши и след това да се изреже до необходимата дължина с малка разлика. За да превърнете лентата на сбруята в затворен кръг, краищата могат просто да бъдат залепени заедно със суперлепило с припокриване от 2-3 см; силата на такава връзка се оказа повече от достатъчна.

Следващата част от генератора са четките, чрез които зарядът ще бъде „приложен“ към лентата и „източен“ от нея в горната метална сфера. Препоръчвам да направите четките от парче многожилен кабел, което е изложено от изолацията, раздуто и запоено върху текстолитни плочи. Трябва да направите две такива четки, една за долната ролка и една за горната. Долната четка ще се свърже с долната ролка и ще бъде свързана със земята, а горната четка ще бъде свързана с металната сфера. Снимката по-долу показва готовите четки.

Четките се монтират директно до ролките отгоре и отдолу, разстоянието от лентата до краищата на четките трябва да е възможно най-малко, но лентата не трябва да ги докосва. По-долу можете да видите инсталираните четки съответно отгоре и отдолу.

Сега остава само да се направят опорите, върху които ще стои горната сфера - в моя случай беше намерен по-достъпен аналог за нея под формата на обърнат тиган. Към четката е свързано парче тел, стърчащо над нивото на опорите, което ще осигури контакта му със сферата.

В долната част на конструкцията, използвайки същото парче тел, се осигурява контакт между вала, ролката и слота със заземяване.Моля, обърнете внимание, че е необходимо добро заземяване, за да работи генераторът.

Сферата е инсталирана последна и генераторът вече е готов за стартиране. Когато се включи, ще възникне потенциална разлика между земята (долната ролка) и горната сфера. Той ще се увеличава, докато настъпи електрически пробив във въздуха или тръбата или докато скоростта на нарастване на заряда надвиши скоростта на неговото „източване“ от сферата поради коронни разряди. Ефективността на генератора силно зависи от влажността на въздуха - колкото по-влажен е въздухът, толкова повече са загубите от коронен разряд и съответно може да се постигне по-ниско напрежение. Можете да увеличите скоростта на натрупване на заряд, като увеличите скоростта на въртене на колана, докато максималното напрежение на генератора също ще се увеличи. За да разредите сферата, трябва да приближите заземен метален предмет до нея. Ако този обект има остри ръбове, зарядът ще тече плавно под формата на коронен разряд, който може да се види само в пълна тъмнина. Ако обектът има гладки линии, тогава, когато се приближи до определено разстояние до сферата, ще настъпи електрическо разбиване на въздуха с доста силен звук и светкавица. Когато експериментирате с генератора, трябва да внимавате, въпреки факта, че има изключително ниска мощност, импулси на напрежение от стотици киловолта могат да причинят вреда на здравето.