Generator Van de Graffa i eksperymenty z elektrostatyką.

Rzecz o moim generatorze zaczyna się jakiś czas temu, gdy ja to zwykle bywa siedziałem sobie przed komputerem szukając różnych dziwnych rzeczy w serwisie Allegro. Miałem trochę szczęścia bo trafił mi się, co prawda mocno zabrudzony i pozbawiony pasa transmisyjnego generatorek, który po za tym wydawał się całkowicie kompletny.

      Gdy go otrzymałem, jedynie potwierdziły się moje przypuszczenia i rozpoczęły się starania o jego rychłe uruchomienie, co w przypadku mojego braku czasu i środków trwało dość długo.

Rys. 1 Generator przed remontem.

      Zaczniemy może najpierw od budowy takiego urządzenia i zasady jego działania, choć chyba jeszcze nie wspomniałem nawet do czego to ciekawe urządzenie służy. Więc może od początku, Generator Van de Graffa jest urządzeniem służącym do otrzymywania wysokiego napięcia rzędu nawet kilku milionów woltów. Stosuje się je często w akceleratorach cząstek elementarnych, przykładem w tym miejscu może być akcelerator LECH zbudowany w Instytucie Fizyki Doświadczalnej Uniwersytetu Warszawskiego. Mój generator nie wytwarza oczywiście tak wysokich napięć i nie służy do przyśpieszania jonów.

Rys. 2 Napęd pasa transmisyjnego.

      Można jednak za jego pomocą uzyskać, w sprzyjających warunkach potencjały przekraczające nawet 150 kV o bardzo małych mocach co jednak pozwoli przeprowadzić szereg bardzo ciekawych eksperymentów z dziedziny elektrostatyki.
      Generator, co widać na zdjęciach nie jest zbytnio skomplikowany. Podstawą są dwie rolki po których porusza się pas transmisyjny wykonany z izolatora np. zwykłej gumy. W podstawie umieszczono silnik elektryczny wraz z szeregiem rezystorów, które umożliwiają regulację prędkości obrotowej pasa.

Rys. 3 Widok paska przełożenia napędu na metalową rolkę.

      Dolna rolka wykonana jest z metalu i zamontowana za pomocą łożysk na podstawie, co umożliwia jej obracanie się. Napędzana jest ona za pomocą gumowego paska, który moment napędowy przenosi z silnika umieszczonego w podstawie. Do podstawy przykręcone są też dwa długie wsporniki wykonane z pleksiglasu a na nich zamontowane jest łożyskowanie drugiej rolki, wykonanej dla odmiany z izolatora. Ważnym elementem generatora są dwa metalowe grzebienie oraz kopuła wykonana z tkanego drutu umieszczona na szczycie i połączona elektrycznie z górną szczotką.

Rys. 4 Schemat ideowy generatora.



      Teram zmuszę wspomnieć o tzw. Szeregu tryboelektrycznym. Jest to zestawienie materiałów pod względem biegunowości i wielkości ładunku wytwarzanego podczas zetknięcia i rozdzielania dwóch materiałów. Teraz już pewnie wiecie, dlaczego dolna rolka wykonana jest z innego materiału niż górna. Gdy na rolkach znajduje się już pas transmisyjny i rolka dolna jest napędzana wspomniany pas elektryzuje się ładunkiem ujemnym, który przenoszony jest do góry a tam jest zbierany przez szczotkę G1 i przenoszony na powierzchnię kopuły, gdzie się gromadzi. Teraz rozładowany pas ma znów kontakt z rolką, ale już wykonaną z innego materiału, który sprawia, że ładuje się ładunkiem dodatnim, który w podobny sposób przenoszony jest do dołu gdzie zbiera go szczotka G2.

Rys. 5 Generator razem z zewnętrznym konduktorem.

      Elektrodę G2 można uziemić lub, jeśli dysponujemy innym obiektem zdolnym gromadzić ładunek elektryczny, możemy ją z nim połączyć, wtedy będziemy mieli większą różnicę potencjałów pomiędzy kopułą generatora a tym zewnętrznym konduktorem. Uzyskamy tym samym większe i bardziej intensywne wyładowania elektryczne.