Hvordan lage en Van de Graaff Generator fra PVC-rør

En av de interessante høyspenningsenhetene er Van de Graaff-generatoren, en enhet som skaper en høy potensialforskjell på grunn av elektrifiseringen av et dielektrisk bånd som beveger seg langs to ruller. Maksimal spenning varierer avhengig av enhetens skala, og kan variere fra noen få titalls kilovolt for små benktoppgeneratorer til millioner av volt for store enheter som kan brukes til vitenskapelige formål og demonstrasjonsformål. Ved hjelp av en Van de Graaff-generator er det mulig å utføre mange spektakulære eksperimenter, for eksempel å observere hvordan små konfetti flyr oppover på grunn av påvirkning av elektriske krefter eller en persons hår reiser seg "på slutten" hvis en persons kropp er koblet på en bestemt måte til et gnistgap. For å sette sammen generatoren trenger du ikke noen spesifikke deler - alt kan enten finnes hjemme eller kjøpes i de nærmeste jernvarebutikkene. Generatorens generelle krets er vist nedenfor.

Å lage en Van de Graaff-generator med egne hender

Strukturelt er generatoren et rør med et dielektrisk bånd som roterer inne i det. To ruller, på toppen og bunnen av røret, gir den nødvendige spenningen til båndet; den nederste rullen er også en drivenhet og er koblet til motorakselen, som vil spinne båndet. En massiv metallkule er festet i den øvre delen av røret, som vil tjene som en ladningsakkumulator. Formen på en kule er best egnet til dette formålet, fordi den ikke har noen skarpe fremspring, og derfor vil ladningen akkumuleres mest effektivt: skarpe fremspring kan føre til at det oppstår en koronautladning som den akkumulerte ladningen strømmer gjennom. For å lage en enkel hjemmegenerator, kan du bruke en stor panne som en kule, installere den opp ned; en hemostatisk turniquet fra et apotek er ideell som tape; ruller kan kuttes, for eksempel fra tre, polystyrenskum, eller du kan demontere en malerrulle. Et kloakkrør med en diameter på 10-11 cm er perfekt som husrør.Reimen kan drives ved hjelp av en skrutrekker hvis den har høye hastigheter, eller ved hjelp av forskjellige ganske kraftige motorer fra leker eller radiostyrte modeller. Montering begynner med å finne passende komponenter.

Ved bruk av et kloakkrør med en diameter på 11 cm, vil den optimale høyden på strukturen være ca. 1 meter. Hele strukturen vil bli installert på et stativ laget av skrapplater.

Som motor for å rotere beltet bruker jeg en drivenhet fra et radiostyrt helikopter, som er et par motorer som i fellesskap roterer et stort gir, og danner dermed en girkasse som senker hastigheten til ønsket nivå og øker dreiemomentet. Det drevne giret er festet til en M4-tapp, som går gjennom hele røret i bunnen; i fremtiden vil en aksel med en rulle festes til den. Som praksis har vist, er en helikoptermotor nok - til tross for deres store størrelse, har slike motorer anstendig kraft og snurrer enkelt hele båndet inne i huset.

Motorene presses ovenfra med en metallstrimmel, og justeringen av alle gir er forhåndsetablert. Det er å foretrekke å bruke batteristrømkilder som ikke på noen måte er koblet til nettverket, selv gjennom galvanisk transformatorisolasjon, for å drive motoren i en Van de Graaff-generator.

Bildene over viser bunnrullen. De klarte å skjære den ut av to stykker penoplex-isolasjon, noe som ga den en tønneform. Vær oppmerksom på at formen skal være tønneformet, med en lett jevn fortykning i midten - hvis skaftet er helt glatt, vil tapen hoppe av i ny og ne. Materialet til rullene spiller en betydelig rolle i konstruksjonen av generatoren - bunnen skal være metall, og toppen skal være plast. I dette tilfellet er det ikke nødvendig å lage den nedre akselen i metall; det er nok å dekke den på toppen med ledende folie; denne folien må også kobles elektrisk til akselen som rullen sitter på.

Jeg tok topprullen ferdig fra en malerrulle, den passer perfekt i form og størrelse.Rullen, lik den nederste, er installert på en M4-stift, som er installert i spor på den øvre delen av røret, som kan sees på bildet nedenfor.

En hemostatisk tourniquet selges i nesten alle apotek; den har de nødvendige egenskapene for å overføre en ladning, og er også ganske elastisk. Den kjøpte tourniqueten skal vaskes fra talkum, tørkes og deretter kuttes til ønsket lengde med en liten margin. For å gjøre selebåndet om til en lukket sirkel, kan endene ganske enkelt limes sammen med superlim med en overlapping på 2-3 cm; styrken til en slik forbindelse viste seg å være mer enn nok.

Den neste delen av generatoren er børstene, gjennom hvilke ladningen vil bli "påført" på båndet og "tømme" fra den inn i den øvre metallkulen. Jeg anbefaler å lage børstene av et stykke flerkjernekabel, som er frilagt fra isolasjonen, luftet opp og loddet på tekstolittplater. Du bør lage to slike børster, en for den nedre valsen og en for den øvre. Den nederste børsten kobles til bunnvalsen og kobles til jord, og den øverste børsten kobles til metallkulen. Bildet nedenfor viser de ferdige børstene.

Børstene installeres rett ved siden av rullene øverst og nederst, avstanden fra tapen til endene av børstene skal være så liten som mulig, men tapen skal ikke berøre dem. Nedenfor kan du se de installerte børstene henholdsvis øverst og nederst.

Nå gjenstår det bare å lage støttene som den øvre sfæren skal stå på - i mitt tilfelle ble det funnet en mer tilgjengelig analog for den i form av en omvendt panne. Et stykke ledning som stikker ut over nivået til støttene er koblet til børsten, det vil sikre kontakten med kulen.

I den nedre delen av strukturen, ved bruk av samme stykke ledning, sikres kontakt mellom akselen, rullen og sporet med jording.Vær oppmerksom på at det kreves god jording for at generatoren skal fungere.

Kulen er installert sist, og generatoren er nå klar til å starte. Når den er slått på, vil det oppstå en potensiell forskjell mellom bakken (nedre valse) og den øvre kulen. Den vil øke til det oppstår et elektrisk sammenbrudd i luften eller røret, eller til ladningsveksten overstiger hastigheten på dens "drenering" fra sfæren på grunn av koronautladninger. Effektiviteten til generatoren avhenger sterkt av luftfuktigheten - jo fuktigere luften er, desto flere tap på grunn av koronautladning, og følgelig kan den lavere spenningen oppnås. Du kan øke ladningshastigheten ved å øke rotasjonshastigheten til beltet, mens maksimalspenningen til generatoren også vil øke. For å slippe ut kulen, bør du bringe en jordet metallgjenstand nærmere den. Hvis denne gjenstanden har skarpe kanter, vil ladningen flyte jevnt i form av en koronautladning, som kun kan sees i fullstendig mørke. Hvis objektet har jevne linjer, vil det oppstå en elektrisk sammenbrudd av luften med en ganske høy lyd og blits når den nærmer seg en viss avstand til kulen. Når du eksperimenterer med generatoren, bør du være forsiktig, til tross for at den har ekstremt lav effekt, kan spenningspulser på hundrevis av kilovolt forårsake helseskade.

Se videoen