Elektrostatički generatori — uređaj, princip rada i primjena

Električno punjenje — pojava kada se dva suprotna naboja jednake veličine ponište. Ako su dva tijela, jako nabijena suprotnim električnim nabojem, na maloj udaljenosti jedno od drugog, tada između njih preskoči iskra i čuje se kratko pucketanje.

Sila djelovanja električki nabijenog tijela na drugo, čiji se naboj uzima kao jedinica, naziva se potencijal. Razlika potencijala je napon.

Prvi načini za dobivanje električni naboji a elektrostatička polja sastoje se od trenja različitih materijala (krzna, vune, svile, kože i drugih materijala o staklo, smolu, guma itd.). Istovremeno su naponi i naboji bili iznimno mali. Indukcija i akumulacija naboja mehaničkim prijenosom omogućila je blagi porast rezultirajućih napona.

Nakon toga, da bi se dobili visoki naponi, stvoreni su kontinuirani strojevi s rotirajućim diskovima na principu elektrostatskog vođenja (indukcije).Međutim, ovi strojevi nisu omogućili postizanje velike snage i našli su primjenu uglavnom kao uređaji u uredima fizike obrazovnih ustanova.

Elektrifikacija tijela i elektrostatička indukcija

Poruka tijelu električnih naboja zove se elektrifikaciju… Opisano u članku Elektrifikacija tijela i međudjelovanje naboja proces stvaranja pozitivnih i negativnih iona daje ideju o procesu elektrifikacije tijela: sastoji se u prijenosu elektrona s jednog tijela na drugo.

Tako je električni naboj tijela određen viškom ili nedostatkom u tijelu. elektroni… Tijelo je moguće naelektrizirati na razne načine, od kojih su tehnički trenje, kontakt, usmjeravanje, prijenos naboja.

Obrnuti proces - vraćanje neutralnog stanja tijela (neutralizacija) - sastoji se u davanju nedostajućeg broja elektrona ili uklanjanju njihovog viška iz njega.

Tijekom naelektrisanja trenjem, ako nijednom tijelu u kontaktu izvana nisu priopćeni dodatni naboji, oba su tijela nabijena istom količinom elektriciteta različitih predznaka. Kada su tijela spojena, njihovi naboji su potpuno neutralizirani.

Na taj način se naboji ne stvaraju niti uništavaju, već samo prenose s jednog tijela na drugo. To nas uvjerava u postojanje zakona o održanju električnih naboja, na primjer zakon održanja energije.

Statična struja — električni naboj u mirovanju. Nastaje kao rezultat trenja između dva nevodiča ili nevodiča i metala (npr. pogonskog remena motora), ali ne nužno čvrstih tijela.

Statički elektricitet također može nastati zbog trenja određenih tekućina ili plinova. Ljudi s vrlo suhom kožom nakupljaju električni naboj. Tijekom kretanja (trljanja vlakana o kožu) u tkanini se javlja značajan statički električni naboj, tkanina prianja uz tijelo i onemogućuje kretanje.

Statički elektricitet postaje opasan u zapaljivim i eksplozivnim okruženjima gdje jedna iskra može zapaliti cijelu masu. U tom slučaju potrebno je odmah otpustiti statički naboj u tlo ili zrak pomoću nekog metalnog uređaja čija se vodljivost može povećati ovlaživanjem ili zračenjem.

Elektrostatska indukcija — pojava električnih naboja na žici pod utjecajem drugih naboja koji se nalaze u blizini žice (elektrifikacija tijela na daljinu).

Pod djelovanjem vanjskog naboja na najbližem kraju vodiča inducira se (nastaje) naboj čiji je predznak suprotan predznaku naboja koji djeluje izvana, a na udaljenom kraju vodiča naboj istog predznaka. U tom su slučaju oba induktivna naboja jednaka po veličini, odnosno indukcija uzrokuje samo razdvajanje naboja na žici, ali ne mijenja ukupni naboj na žici (budući da je zbroj induciranih naboja nula).

Veličina induciranih naboja i njihov položaj određeni su uvjetom da unutar vodiča ne smije postojati elektrostatičko polje. Stoga su inducirani naboji postavljeni tako da električno polje koje stvaraju jednostavno uništava polje unutar žice koje stvara induktivni naboj.

Primjer elektrostatičke indukcije: u nenabijenom elektroskopu oba su električna naboja, pozitivni i negativni, u jednakim iznosima i stoga elektroskop nije naelektriziran.

Ako mu se približi staklena šipka s pozitivnim nabojem, tada će slobodni elektroni biti istovremeno privučeni, a pozitivni naboj elektroskopa istovremeno odbijen.

Negativan naboj je koncentriran bliže staklenoj šipki, povezan je s njom, dok se pozitivni naboj odbija i stoga se nalazi na stražnjoj strani elektroskopa - slobodan je.

Elektroskop je sada naelektriziran. Međutim, ovo stanje nije dugotrajno. Vrijedno je ukloniti staklenu šipku, jer je povrijeđeno razdvajanje naboja na pozitivno i negativno, neutralno stanje elektroskopa se vraća i njegovi se listovi vraćaju u prvobitni položaj.

elektroskop — naprava kojom se može utvrditi kojim je nabojem tijelo naelektrizirano. Sastoji se od metalne šipke s kuglom ili pločom na gornjem kraju i dva slobodno viseća metalna lista na dnu. Rad elektroskopa temelji se na principu: istoimena tijela se međusobno odbijaju (vidi — Princip rada elektroskopa).

Elektrostatička indukcija jedan je od uzroka munje u prirodi, — najsnažnija i najopasnija manifestacija atmosferskog statičkog elektriciteta.

Munja To je pražnjenje atmosferskog elektriciteta između pojedinih dijelova oblaka, pojedinih oblaka, oblaka i Zemlje, od Zemlje do oblaka. Drugim riječima, munja se može definirati kao električna struja kratkog trajanja, električna iskra koja izjednačava električne potencijale.

35 Često postavljana pitanja o grmljavini i munjama

Van de Graaf elektrostatički generator

Za znanstvene i tehničke svrhe (primjerice u nuklearnoj fizici, radiobiologiji, rendgenskoj terapiji, ispitivanju materijala, otkrivanju grešaka itd.) potrebni su uređaji koji mogu generirati napone od nekoliko milijuna volti.

Takvi uređaji su tehnički napredni elektrostatički generatori visokog istosmjernog napona. Najpoznatiji od njih je Van de Graafov generator, koji je 1829. stvorio američki fizičar Robert van de Graaff (1901. - 1967.).

Van de Graafov generator (1933.) s naponom od 7 megavolti

Generator je metalna šuplja kugla montirana na visoki šuplji stup od izolacijskog materijala. Dimenzije kugle i visina stupa određuju se granicom potrebnog napona generatora (npr. za generator s naponom od 5 MV promjer kugle doseže 5 m). Unutar kolone kreće se beskonačna traka izolacijskog materijala (svila, guma) koja služi kao transporter za prijenos naboja na kuglu.

Kako se pomičete prema gore, traka prolazi na dnu uređaja pored četke spojene na jedan pol izvora istosmjerna struja napona od oko 10 000 V (kao taj izvor može poslužiti odgovarajući ispravljač).Pri projektiranju svojih prvih elektrostatskih generatora Van de Graaf koristio je uređaj s vakuumskom cijevi.

Van de Graaff elektrostatički generator

S vrhova ove četke naboji se slijevaju na remen koji ih nosi unutar lopte, a kroz drugu četku prelaze na vanjsku površinu lopte.Da bi se poboljšao proces pomicanja nenabijenog dijela vrpce prema dolje, prenose se naboji suprotnog predznaka, uz pomoć četkica uklonjenih s nabijene kuglice.

Zbog elektrostatičke indukcije na četkici se javlja negativan naboj koji se pražnjenjem prenosi na silazni dio remena. Ovaj naboj se zatim prenosi na četku i uzemljeni donji valjak, kroz koji se ispušta na tlo.

Kako se vrpca nastavlja kretati, naboj na kuglici se povećava sve dok ne dosegne unaprijed određenu vrijednost praga određenu promjerom kuglice i udaljenosti od nje do druge elektrode ili uzemljenja.

Kako se vrpca nastavlja kretati, naboj na kuglici se povećava sve dok ne dosegne unaprijed određenu vrijednost praga određenu promjerom kuglice i udaljenosti od nje do druge elektrode ili uzemljenja.

Za povećanje napona ugrađena su dva takva uređaja u kojima kuglice dobivaju naboje suprotnih znakova. Tako se, na primjer, za dobivanje napona od 10 MV koriste dva generatora, napunjena u odnosu na zemlju na +5 MV i -5 MV i instalirana na takvoj udaljenosti jedan od drugog da je mogućnost kvara na naponu manja od danog Isključeno je.

Trenutno postoji veliki broj različitih modela elektrostatskih generatora, uključujući one koji ponavljaju Van de Graaffov dizajn. Koriste se i za fizičke pokuse i kao atrakcija za zabavu i akcijske demonstracije. statična struja.

Zanimljivo je: Nanogenerator s triboelektričnim učinkom (TENG)