Comment fabriquer un générateur Van de Graaff à partir d'un tuyau en PVC

L'un des appareils haute tension intéressants est le générateur Van de Graaff, un appareil qui crée une différence de potentiel élevée en raison de l'électrification d'un ruban diélectrique se déplaçant le long de deux rouleaux. La tension maximale varie en fonction de la taille de l'appareil et peut aller de quelques dizaines de kilovolts pour les petits générateurs de table à des millions de volts pour les gros appareils pouvant être utilisés à des fins scientifiques et de démonstration. À l'aide d'un générateur Van de Graaff, il est possible de réaliser de nombreuses expériences spectaculaires, par exemple en observant comment de petits confettis volent vers le haut sous l'influence de forces électriques ou si les cheveux d'une personne se dressent « sur la tête » si le corps d'une personne est connecté d'une certaine manière à un éclateur. Pour assembler le générateur, vous n'aurez besoin d'aucune pièce spécifique - tout peut être trouvé à la maison ou acheté dans les quincailleries les plus proches. Le circuit général du générateur est présenté ci-dessous.

Fabriquer un générateur Van de Graaff de vos propres mains

Structurellement, le générateur est un tuyau avec un ruban diélectrique tournant à l'intérieur. Deux rouleaux, en haut et en bas du tuyau, assurent la tension nécessaire du ruban ; le rouleau inférieur est également un entraînement et est relié à l'arbre du moteur, qui fera tourner le ruban. Une sphère métallique massive est fixée dans la partie supérieure du tuyau, qui servira d'accumulateur de charge. La forme d'une sphère est la mieux adaptée à cet effet, car elle ne présente pas de saillies pointues et, par conséquent, la charge s'accumulera le plus efficacement : des saillies pointues peuvent conduire à l'apparition d'une décharge corona à travers laquelle s'écoule la charge accumulée. Pour fabriquer un simple générateur domestique, vous pouvez utiliser une grande casserole comme sphère, en l'installant à l'envers ; un garrot hémostatique de pharmacie est idéal comme ruban adhésif ; les rouleaux peuvent être découpés, par exemple, dans du bois, de la mousse de polystyrène, ou vous peut démonter un rouleau à peinture. Un tuyau d'égout d'un diamètre de 10-11 cm est parfait comme tuyau de logement.La courroie peut être entraînée à l'aide d'un tournevis si elle a des vitesses élevées, ou à l'aide de divers moteurs assez puissants issus de jouets ou de modèles radiocommandés. L'assemblage commence par la recherche des composants appropriés.

Lors de l'utilisation d'un tuyau d'égout d'un diamètre de 11 cm, la hauteur optimale de la structure sera d'environ 1 mètre. L'ensemble de la structure sera installé sur un support fabriqué à partir de planches de rebut.

En tant que moteur pour faire tourner la courroie, j'utilise une unité d'entraînement d'un hélicoptère radiocommandé, qui est une paire de moteurs qui font tourner ensemble un grand engrenage, formant ainsi une boîte de vitesses qui abaisse la vitesse au niveau souhaité et augmente le couple. L'engrenage mené est fixé à une goupille M4, qui traverse tout le tuyau en bas, à l'avenir un arbre avec un rouleau y sera fixé. Comme le montre la pratique, un seul moteur d'hélicoptère suffit - malgré leur grande taille, ces moteurs ont une puissance décente et font facilement tourner toute la bande à l'intérieur du boîtier.

Les moteurs sont pressés par le haut avec une bande métallique et l'alignement de tous les engrenages est préétabli. Il est préférable d'utiliser des sources d'alimentation par batterie qui ne sont en aucun cas connectées au réseau, même via l'isolation galvanique du transformateur, pour alimenter le moteur d'un générateur Van de Graaff.

Les images ci-dessus montrent le rouleau inférieur. Ils ont réussi à le découper à partir de deux morceaux d’isolant Penoplex, lui donnant la forme d’un tonneau. Veuillez noter que la forme doit être en forme de tonneau, avec un léger épaississement lisse au milieu - si la tige est complètement lisse, le ruban sautera de temps en temps. Le matériau des rouleaux joue un rôle important dans la construction du générateur - le fond doit être en métal et le dessus en plastique. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire de réaliser l'arbre inférieur entièrement en métal ; il suffit de le recouvrir sur le dessus d'une feuille conductrice ; cette feuille doit également être reliée électriquement à l'arbre sur lequel repose le rouleau.

J'ai pris le rouleau supérieur prêt à l'emploi à partir d'un rouleau à peinture, il s'adapte parfaitement en forme et en taille.Le rouleau, similaire à celui du bas, est installé sur une goupille M4, qui est installée dans des rainures sur la partie supérieure du tuyau, visible sur la photo ci-dessous.

Un garrot hémostatique est vendu dans presque toutes les pharmacies, il possède les propriétés nécessaires au transfert de charge et est également assez élastique. Le garrot acheté doit être lavé du talc, séché, puis coupé à la longueur requise avec une petite marge. Afin de transformer le ruban du harnais en un cercle fermé, les extrémités peuvent simplement être collées avec de la superglue avec un chevauchement de 2 à 3 cm ; la résistance d'une telle connexion s'est avérée plus que suffisante.

La partie suivante du générateur est constituée des brosses, à travers lesquelles la charge sera « appliquée » sur la bande et « s'écoulera » de celle-ci dans la sphère métallique supérieure. Je recommande de fabriquer les brosses à partir d'un morceau de câble multiconducteur exposé à l'isolation, gonflé et soudé sur des plaques de textolite. Vous devez fabriquer deux de ces pinceaux, un pour le rouleau inférieur et un pour le rouleau supérieur. La brosse inférieure se connectera au rouleau inférieur et sera connectée à la terre, et la brosse supérieure sera connectée à la sphère métallique. La photo ci-dessous montre les pinceaux finis.

Les brosses sont installées directement à côté des rouleaux en haut et en bas, la distance entre le ruban et les extrémités des brosses doit être la plus petite possible, mais le ruban ne doit pas les toucher. Ci-dessous, vous pouvez voir les brosses installées respectivement en haut et en bas.

Il ne reste plus qu'à réaliser les supports sur lesquels reposera la sphère supérieure - dans mon cas, un analogue plus accessible a été trouvé sous la forme d'un plateau inversé. Un morceau de fil dépassant du niveau des supports est relié à la brosse ; il assurera son contact avec la sphère.

En partie basse de la structure, à l'aide du même morceau de fil, le contact entre l'arbre, le galet et la fente est assuré avec mise à la terre.Veuillez noter qu'une bonne mise à la terre est requise pour que le générateur fonctionne.

La sphère est installée en dernier et le générateur est maintenant prêt à démarrer. Lorsqu'il est allumé, une différence de potentiel se produira entre le sol (rouleau inférieur) et la sphère supérieure. Il augmentera jusqu'à ce qu'une panne électrique se produise dans l'air ou dans un tuyau, ou jusqu'à ce que le taux de croissance de la charge dépasse le taux de « drainage » de la sphère dû aux décharges corona. L'efficacité du générateur dépend fortement de l'humidité de l'air - plus l'air est humide, plus les pertes dues à la décharge corona sont importantes et, par conséquent, la tension la plus basse peut être obtenue. Vous pouvez augmenter le taux d'accumulation de charge en augmentant la vitesse de rotation de la courroie, tandis que la tension maximale du générateur augmentera également. Afin de décharger la sphère, vous devez en rapprocher un objet métallique mis à la terre. Si cet objet présente des arêtes vives, la charge circulera doucement sous la forme d'une décharge corona, visible uniquement dans l'obscurité totale. Si l'objet a des lignes lisses, alors lorsqu'il s'approche d'une certaine distance de la sphère, une panne électrique de l'air se produira avec un son et un flash plutôt forts. Lorsque vous expérimentez le générateur, vous devez être prudent, malgré le fait qu'il ait une puissance extrêmement faible, des impulsions de tension de plusieurs centaines de kilovolts peuvent nuire à la santé.