Електростатички генератори — уређај, принцип рада и примена
Наелектрисање — појава када се два супротна наелектрисања једнаке величине пониште. Ако се два тела, јако наелектрисана супротним електричним наелектрисањем, налазе на блиској удаљености једно од другог, тада између њих прескочи искра и чује се кратак звук пуцања.
Сила дејства електрично наелектрисаног тела на друго, чије се наелектрисање узима као јединица, назива се потенцијал. Разлика потенцијала је напон.
Први начини за добијање електрична наелектрисања а електростатичка поља састоје се од трења различитих материјала (крзно, вуна, свила, кожа и други материјали о стакло, смолу, гума итд.). Истовремено, напони и набоји су били изузетно мали. Индукција и акумулација наелектрисања механичким преносом омогућила је благи пораст резултујућих напона.
Накнадно су, у циљу добијања високих напона, створене континуално радеће машине са ротирајућим дисковима по принципу електростатичког вођења (индукције).Међутим, ове машине нису омогућиле добијање велике снаге и нашле су примену углавном као уређаји у кабинетима физике образовних институција.
Електрификација тела и електростатичка индукција
Порука телу електричног наелектрисања се зове електрификација… Описано у чланку Електрификација тела и интеракција наелектрисања процес формирања позитивних и негативних јона даје идеју о процесу наелектрисања тела: састоји се у преносу електрона са једног тела на друго.
Тако је електрични набој тела одређен вишком или недостатком у телу. електрона… Тело је могуће наелектрисати на различите начине, од којих су трење, контакт, правац, пренос наелектрисања технички.
Обрнути процес — враћање тела у неутрално стање (неутрализација) — састоји се у томе да му се да недостајући број електрона или да се из њега уклони вишак њих.
Приликом наелектрисања трењем, ако се ниједном од додирујућих тела споља не саопштавају додатна наелектрисања, оба тела се наелектришу истом количином електрицитета различитих предзнака. Када су тела повезана, њихова наелектрисања су потпуно неутралисана.
На овај начин се набоји не стварају и не уништавају, већ се само преносе са једног тела на друго. Ово нас уверава у постојање закона одржања електричних наелектрисања, на пример закон одржања енергије.
Статички електрицитет — електрични набој у мировању. Јавља се као резултат трења између два непроводника или непроводника и метала (нпр. моторни погонски каишеви), али не нужно чврста тела.
Статички електрицитет такође може настати трењем одређених течности или гасова. Људи са веома сувом кожом акумулирају електричне набоје. Приликом кретања (трљања влакана о кожу) долази до значајног статичког електричног наелектрисања у тканини, тканина пријања уз тело и спречава кретање.
Статички електрицитет постаје опасан у запаљивим и експлозивним срединама где једна варница може запалити целу масу. У том случају је неопходно да се статички набој одмах ослободи у земљу или ваздух помоћу неког металног уређаја чија се проводљивост може повећати влажењем или зрачењем.
Електростатичка индукција — појава електричних наелектрисања на жици под утицајем других наелектрисања која се налазе у близини жице (наелектрисање тела на даљину).
Под дејством спољашњег наелектрисања индукује се (настаје) наелектрисање на најближем крају проводника, чији је предзнак супротан знаку наелектрисања које делује споља, а на даљем крају проводника, а набој истог знака. У овом случају, оба индуктивна наелектрисања су једнака по величини, односно индукција изазива само раздвајање наелектрисања на жици, али не мења укупно наелектрисање на жици (пошто је збир индукованих наелектрисања нула).
Величина индукованих наелектрисања и њихова локација одређују се условом да унутар проводника не постоји електростатичко поље. Због тога су индукована наелектрисања постављена тако да електрично поље које стварају једноставно уништава поље унутар жице које ствара индуктивно наелектрисање.
Пример електростатичке индукције: у ненаелектрисаном електроскопу оба електрична наелектрисања, позитивна и негативна, су у једнаким количинама и стога електроскоп није наелектрисан.
Ако јој се приближи стаклена шипка са позитивним наелектрисањем, онда ће слободни електрони истовремено бити привучени к њој, а позитивно наелектрисање електроскопа истовремено одбијено.
Негативно наелектрисање је концентрисано ближе стакленој шипки, повезано је са њом, док се позитивно наелектрисање одбија и стога се налази на задњој страни електроскопа — слободно је.
Електроскоп је сада наелектрисан. Међутим, ово стање није дуготрајно. Вриједно је уклонити стаклену шипку, јер је нарушено раздвајање набоја на позитивно и негативно, враћа се неутрално стање електроскопа и његови листови се враћају у првобитни положај.
Електроскоп — справа помоћу које се може утврдити којим наелектрисањем је тело наелектрисано. Састоји се од металне шипке са куглом или плочом на горњем крају и два слободно висећа метална лима на дну. Рад електроскопа заснива се на принципу: тела истог имена се међусобно одбијају (види — Принцип рада електроскопа).
Електростатичка индукција је један од узрока муње у природи, — најмоћнија и најопаснија манифестација атмосферског статичког електрицитета.
Муња То је пражњење атмосферског електрицитета између појединих делова облака, појединачних облака, облака и Земље, од Земље до облака. Другим речима, муња се може дефинисати као електрична струја кратког трајања, електрична искра која изједначава електричне потенцијале.
35 Често постављана питања о олујама и муњама
Ван де Грааф електростатички генератор
За научне и техничке сврхе (на пример, у нуклеарној физици, радиобиологији, рендгенској терапији, испитивању материјала, детекцији грешака, итд.) потребни су уређаји који могу да генеришу напоне од неколико милиона волти.
Такви уређаји су технички напредни електростатички генератори са високим директним напоном. Најпознатији од њих је Ван де Графов генератор, који је 1829. године створио амерички физичар Роберт ван де Граф (1901-1967).
Ван де Граф генератор (1933) са напоном од 7 мегаволти
Генератор је метална шупља лопта постављена на високи шупљи стуб од изолационог материјала. Димензије лопте и висина стуба одређују се границом потребног напона генератора (на пример, за генератор са напоном од 5 МВ, пречник лопте достиже 5 м). Унутар стуба се креће бескрајна трака од изолационог материјала (свила, гума), која служи као транспортер за преношење наелектрисања у сферу.
Док се крећете нагоре, трака пролази на дну уређаја поред четке повезане са једним полом извора једносмерна струја напон од око 10.000 В (као овај извор може послужити одговарајући исправљач).У пројектовању својих првих електростатичких генератора Ван де Граф је користио уређај. са вакуумском цеви.
Уређај за електростатички генератор Ван де Грааффа
Са врхова ове четке наелектрисања се спуштају на каиш који их носи унутар лопте, а кроз другу четкицу прелазе на спољну површину лопте.Да би се побољшао процес померања ненаелектрисаног дела траке надоле, преносе се наелектрисања супротног предзнака, уз помоћ четкица уклоњених са наелектрисане куглице.
Због електростатичке индукције на четкици се појављује негативно наелектрисање које се пражњењем преноси на силазни део каиша. Ово пуњење се затим преноси на четку и уземљени доњи ваљак, кроз који се испушта на земљу.
Како трака наставља да се креће, наелектрисање на куглици се повећава све док не достигне унапред одређену граничну вредност која је одређена пречником куглице и растојањем од ње до друге електроде или уземљења.
Како трака наставља да се креће, наелектрисање на куглици се повећава све док не достигне унапред одређену граничну вредност која је одређена пречником куглице и растојањем од ње до друге електроде или уземљења.
Да би се повећао напон, уграђена су два таква уређаја, у којима куглице добијају набоје супротних знакова. Тако, на пример, да би се добио напон од 10 МВ, користе се два генератора, напуњена у односу на земљу на +5 МВ и -5 МВ и инсталирана на таквој удаљености један од другог да је могућност квара на напону мања. него дато Искључено је.
Тренутно постоји велики број различитих модела електростатичких генератора, укључујући и оне који понављају дизајн Ван де Грааффа. Користе се и за физичке експерименте и као атракција за забаву и акционе демонстрације. статички електрицитет.
Занимљиво је: Наногенератор са трибоелектричним ефектом (ТЕНГ)