Πώς να φτιάξετε μια γεννήτρια Van de Graaff από σωλήνα PVC

Μία από τις ενδιαφέρουσες συσκευές υψηλής τάσης είναι η γεννήτρια Van de Graaff, μια συσκευή που δημιουργεί μεγάλη διαφορά δυναμικού λόγω της ηλεκτροδότησης μιας διηλεκτρικής ταινίας που κινείται κατά μήκος δύο κυλίνδρων. Η μέγιστη τάση ποικίλλει ανάλογα με την κλίμακα της συσκευής και μπορεί να κυμαίνεται από μερικές δεκάδες κιλοβολτ για μικρές γεννήτριες πάγκου έως εκατομμύρια βολτ για μεγάλες συσκευές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για επιστημονικούς σκοπούς και για σκοπούς επίδειξης. Με τη βοήθεια μιας γεννήτριας Van de Graaff, είναι δυνατό να πραγματοποιηθούν πολλά θεαματικά πειράματα, για παράδειγμα, παρατηρώντας πώς μικρά κομφετί πετούν προς τα πάνω από την επίδραση ηλεκτρικών δυνάμεων ή τα μαλλιά ενός ατόμου σηκώνονται «στην άκρη» εάν το σώμα ενός ατόμου είναι συνδέεται με έναν ορισμένο τρόπο σε ένα διάκενο σπινθήρα. Για τη συναρμολόγηση της γεννήτριας δεν θα χρειαστείτε συγκεκριμένα εξαρτήματα - τα πάντα μπορούν να βρεθούν στο σπίτι ή να αγοραστούν στα πλησιέστερα καταστήματα υλικού. Το γενικό κύκλωμα της γεννήτριας φαίνεται παρακάτω.

Φτιάχνοντας μια γεννήτρια Van de Graaff με τα χέρια σας

Δομικά, η γεννήτρια είναι ένας σωλήνας με μια διηλεκτρική ταινία που περιστρέφεται μέσα της. Δύο κύλινδροι, στο πάνω και στο κάτω μέρος του σωλήνα, παρέχουν την απαραίτητη τάση της ταινίας· ο κάτω κύλινδρος είναι επίσης ένας οδηγός και συνδέεται με τον άξονα του κινητήρα, ο οποίος θα περιστρέψει την ταινία. Στο πάνω μέρος του σωλήνα στερεώνεται μια τεράστια μεταλλική σφαίρα, η οποία θα χρησιμεύσει ως συσσωρευτής φορτίου. Το σχήμα μιας σφαίρας ταιριάζει καλύτερα για αυτόν τον σκοπό, επειδή δεν έχει αιχμηρές προεξοχές και επομένως το φορτίο θα συσσωρεύεται πιο αποτελεσματικά: οι αιχμηρές προεξοχές μπορεί να οδηγήσουν στην εμφάνιση μιας εκκένωσης κορώνας μέσω της οποίας ρέει το συσσωρευμένο φορτίο. Για να φτιάξετε μια απλή οικιακή γεννήτρια, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα μεγάλο τηγάνι ως σφαίρα, τοποθετώντας το ανάποδα· ένα αιμοστατικό μανδύα από ένα φαρμακείο είναι ιδανικό ως ταινία· οι κύλινδροι μπορούν να κοπούν, για παράδειγμα, από ξύλο, αφρό πολυστερίνης ή μπορεί να αποσυναρμολογήσει έναν κύλινδρο βαφής. Ένας σωλήνας αποχέτευσης με διάμετρο 10-11 cm είναι τέλειος ως σωλήνας περιβλήματος. Ο ιμάντας μπορεί να κινηθεί με κατσαβίδι εάν έχει υψηλές ταχύτητες ή χρησιμοποιώντας διάφορους αρκετά ισχυρούς κινητήρες από παιχνίδια ή τηλεκατευθυνόμενα μοντέλα. Η συναρμολόγηση ξεκινά με την εύρεση κατάλληλων εξαρτημάτων.

Όταν χρησιμοποιείτε σωλήνα αποχέτευσης με διάμετρο 11 cm, το βέλτιστο ύψος της δομής θα είναι περίπου 1 μέτρο. Ολόκληρη η κατασκευή θα εγκατασταθεί σε βάση κατασκευασμένη από σκραπ σανίδες.

Ως κινητήρας για την περιστροφή του ιμάντα, χρησιμοποιώ μια μονάδα μετάδοσης κίνησης από ένα ραδιοελεγχόμενο ελικόπτερο, το οποίο είναι ένα ζευγάρι κινητήρων που περιστρέφουν από κοινού ένα μεγάλο γρανάζι, σχηματίζοντας έτσι ένα κιβώτιο ταχυτήτων που μειώνει την ταχύτητα στο επιθυμητό επίπεδο και αυξάνει τη ροπή. Το κινούμενο γρανάζι είναι προσαρτημένο σε έναν πείρο M4, ο οποίος διέρχεται από ολόκληρο τον σωλήνα στο κάτω μέρος· στο μέλλον, θα συνδεθεί ένας άξονας με έναν κύλινδρο. Όπως έχει δείξει η πρακτική, ένας κινητήρας ελικοπτέρου είναι αρκετός - παρά το μεγάλο τους μέγεθος, τέτοιοι κινητήρες έχουν αξιοπρεπή ισχύ και περιστρέφουν εύκολα ολόκληρη την ταινία μέσα στο περίβλημα.

Οι κινητήρες πιέζονται από πάνω με μια μεταλλική λωρίδα και η ευθυγράμμιση όλων των γραναζιών είναι προκαθορισμένη. Είναι προτιμότερο να χρησιμοποιείτε πηγές τροφοδοσίας μπαταρίας που δεν είναι συνδεδεμένες στο δίκτυο με κανέναν τρόπο, ακόμη και μέσω γαλβανικής απομόνωσης μετασχηματιστή, για να τροφοδοτήσετε τον κινητήρα σε μια γεννήτρια Van de Graaff.

Οι παραπάνω εικόνες δείχνουν τον κάτω κύλινδρο. Κατάφεραν να το χαράξουν από δύο κομμάτια μόνωσης penoplex, δίνοντάς του σχήμα κάννης. Λάβετε υπόψη ότι το σχήμα πρέπει να έχει σχήμα κάννης, με ελαφρά ομαλή πάχυνση στη μέση - εάν ο άξονας είναι τελείως λείος, η ταινία θα πηδά κάθε τόσο. Το υλικό των κυλίνδρων παίζει σημαντικό ρόλο στην κατασκευή της γεννήτριας - το κάτω μέρος πρέπει να είναι μεταλλικό και το επάνω μέρος πρέπει να είναι πλαστικό. Σε αυτήν την περίπτωση, δεν είναι απαραίτητο να γίνει ο κάτω άξονας ολομέταλλος, αρκεί να τον καλύψετε από πάνω με αγώγιμο φύλλο· αυτό το φύλλο πρέπει επίσης να συνδέεται ηλεκτρικά με τον άξονα στον οποίο βρίσκεται ο κύλινδρος.

Το πάνω ρολό το πήρα έτοιμο από ρολό βαφής, ταιριάζει τέλεια σε σχήμα και μέγεθος.Ο κύλινδρος, παρόμοιος με τον κάτω, είναι τοποθετημένος σε έναν πείρο M4, ο οποίος είναι τοποθετημένος σε αυλακώσεις στο πάνω μέρος του σωλήνα, το οποίο φαίνεται στην παρακάτω φωτογραφία.

Ένα αιμοστατικό τουρνικέ πωλείται σχεδόν σε κάθε φαρμακείο, έχει τις απαραίτητες ιδιότητες για τη μεταφορά χρέωσης και είναι επίσης αρκετά ελαστικό. Το τουρνικέ που αγοράσατε πρέπει να πλυθεί από τάλκη, να στεγνώσει και στη συνέχεια να κοπεί στο απαιτούμενο μήκος με ένα μικρό περιθώριο. Προκειμένου να μετατραπεί η ταινία της πλεξούδας σε κλειστό κύκλο, τα άκρα μπορούν απλά να κολληθούν μεταξύ τους με υπερκόλλα με επικάλυψη 2-3 cm · η δύναμη μιας τέτοιας σύνδεσης αποδείχθηκε υπεραρκετή.

Το επόμενο μέρος της γεννήτριας είναι οι βούρτσες, μέσω των οποίων το φορτίο θα «εφαρμόζεται» στην ταινία και θα «στραγγίζεται» από αυτήν στην επάνω μεταλλική σφαίρα. Συνιστώ να φτιάξετε τις βούρτσες από ένα κομμάτι καλωδίου πολλαπλών πυρήνων, το οποίο είναι εκτεθειμένο από τη μόνωση, αφρατέο και συγκολλημένο σε πλάκες από τεστολιθικό υλικό. Θα πρέπει να φτιάξετε δύο τέτοια πινέλα, ένα για το κάτω ρολό και ένα για το πάνω. Η κάτω βούρτσα θα συνδεθεί με τον κάτω κύλινδρο και θα συνδεθεί στη γείωση και η επάνω βούρτσα θα συνδεθεί με τη μεταλλική σφαίρα. Η παρακάτω φωτογραφία δείχνει τις τελειωμένες βούρτσες.

Οι βούρτσες τοποθετούνται ακριβώς δίπλα στους κυλίνδρους στο επάνω και στο κάτω μέρος· η απόσταση από την ταινία μέχρι τα άκρα των βουρτσών πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μικρότερη, αλλά η ταινία δεν πρέπει να τους αγγίζει. Παρακάτω μπορείτε να δείτε τις τοποθετημένες βούρτσες στο πάνω και κάτω μέρος, αντίστοιχα.

Τώρα το μόνο που μένει είναι να φτιάξουμε τα στηρίγματα στα οποία θα σταθεί η πάνω σφαίρα - στην περίπτωσή μου, βρέθηκε ένα πιο προσιτό ανάλογο για αυτό με τη μορφή ανεστραμμένου ταψιού. Ένα κομμάτι σύρματος που προεξέχει πάνω από το επίπεδο των στηρίξεων συνδέεται με τη βούρτσα, θα εξασφαλίσει την επαφή της με τη σφαίρα.

Στο κάτω μέρος της κατασκευής, χρησιμοποιώντας το ίδιο κομμάτι σύρματος, η επαφή μεταξύ του άξονα, του κυλίνδρου και της σχισμής εξασφαλίζεται με γείωση.Λάβετε υπόψη ότι απαιτείται καλή γείωση για τη λειτουργία της γεννήτριας.

Η σφαίρα έχει εγκατασταθεί τελευταία και η γεννήτρια είναι τώρα έτοιμη να ξεκινήσει. Όταν είναι ενεργοποιημένο, θα προκύψει διαφορά δυναμικού μεταξύ του εδάφους (κάτω κύλινδρος) και της άνω σφαίρας. Θα αυξηθεί έως ότου συμβεί ηλεκτρική βλάβη στον αέρα ή στον σωλήνα ή έως ότου ο ρυθμός αύξησης του φορτίου υπερβεί τον ρυθμό «αποστράγγισης» του από τη σφαίρα λόγω των εκκενώσεων κορώνας. Η απόδοση της γεννήτριας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την υγρασία του αέρα - όσο πιο υγρός είναι ο αέρας, τόσο περισσότερες απώλειες λόγω εκφόρτισης κορώνας και, κατά συνέπεια, η χαμηλότερη τάση μπορεί να επιτευχθεί. Μπορείτε να αυξήσετε τον ρυθμό συσσώρευσης φόρτισης αυξάνοντας την ταχύτητα περιστροφής του ιμάντα, ενώ θα αυξηθεί και η μέγιστη τάση της γεννήτριας. Για να εκφορτίσετε τη σφαίρα, θα πρέπει να φέρετε ένα γειωμένο μεταλλικό αντικείμενο πιο κοντά της. Εάν αυτό το αντικείμενο έχει αιχμηρές άκρες, το φορτίο θα ρέει ομαλά με τη μορφή εκκένωσης κορώνας, η οποία μπορεί να φανεί μόνο σε απόλυτο σκοτάδι. Εάν το αντικείμενο έχει ομαλές γραμμές, τότε όταν πλησιάσει μια ορισμένη απόσταση από τη σφαίρα, θα συμβεί ηλεκτρική διάσπαση του αέρα με έναν μάλλον δυνατό ήχο και φλας. Όταν πειραματίζεστε με τη γεννήτρια, θα πρέπει να είστε προσεκτικοί, παρά το γεγονός ότι έχει εξαιρετικά χαμηλή ισχύ, παλμοί τάσης εκατοντάδων kilovolt μπορούν να προκαλέσουν βλάβη στην υγεία.