Electrostatic generators - aparato, prinsipyo ng pagpapatakbo at aplikasyon

Pagsingil ng kuryente — ang kababalaghan kapag nagkansela ang dalawang magkasalungat na singil na magkapareho ang magnitude. Kung ang dalawang katawan, na malakas na sinisingil ng isang kabaligtaran na singil ng kuryente, ay nasa malapit na distansya mula sa isa't isa, pagkatapos ay isang spark na tumalon sa pagitan nila at isang maikling popping sound ang maririnig.

Ang puwersa ng pagkilos ng isang katawan na may kuryente sa isa pa, na ang singil ay kinuha bilang isang yunit, ay tinatawag na potensyal. Ang potensyal na pagkakaiba ay ang boltahe.

Mga unang paraan upang makakuha mga singil sa kuryente at electrostatic field ay binubuo ng friction ng iba't ibang mga materyales (fur, lana, sutla, katad at iba pang mga materyales laban sa salamin, dagta, goma atbp.). Kasabay nito, ang mga boltahe at singil ay napakaliit. Ang induction at akumulasyon ng mga singil sa pamamagitan ng mekanikal na paglipat ay naging posible ng isang bahagyang pagtaas sa mga nagresultang boltahe.

Kasunod nito, upang makakuha ng mataas na boltahe, ang patuloy na pagpapatakbo ng mga makina na may mga umiikot na disc batay sa prinsipyo ng electrostatic guidance (induction) ay nilikha.Gayunpaman, ang mga makinang ito ay hindi naging posible na makakuha ng mataas na kapangyarihan at natagpuan ang aplikasyon pangunahin bilang mga aparato sa mga opisina ng pisika ng mga institusyong pang-edukasyon.

Elektripikasyon ng mga katawan at electrostatic induction

Ang mensahe sa katawan ng mga singil sa kuryente ay tinatawag pagpapakuryente… Inilarawan sa artikulo Elektripikasyon ng mga katawan at pakikipag-ugnayan ng mga singil ang proseso ng pagbuo ng mga positibo at negatibong ion ay nagbibigay ng ideya ng proseso ng electrification ng mga katawan: binubuo ito sa paglipat ng mga electron mula sa isang katawan patungo sa isa pa.

Kaya ang singil ng kuryente ng katawan ay natutukoy sa pamamagitan ng labis o kakulangan sa katawan. mga electron… Posibleng makuryente ang isang katawan sa iba't ibang paraan, kung saan teknikal ang friction, contact, direksyon, paglipat ng singil.

Ang kabaligtaran na proseso — pagpapanumbalik ng neutral na estado ng katawan (neutralisasyon) — ay binubuo sa pagbibigay nito ng nawawalang bilang ng mga electron o pag-alis ng labis sa kanila mula dito.

Sa panahon ng electrification sa pamamagitan ng friction, kung walang karagdagang singil na ipinaalam sa alinman sa mga contacting body mula sa labas, ang parehong katawan ay sinisingil ng parehong dami ng kuryente ng iba't ibang mga palatandaan. Kapag ang mga katawan ay konektado, ang kanilang mga singil ay ganap na neutralisahin.

Sa ganitong paraan, ang mga singil ay hindi nilikha o sinisira, ngunit inililipat lamang mula sa isang katawan patungo sa isa pa. Ito ay kumbinsido sa amin ng pagkakaroon ng batas ng konserbasyon ng mga singil sa kuryente, halimbawa batas ng konserbasyon ng enerhiya.

Static na kuryente — singil ng kuryente sa pamamahinga. Nangyayari bilang resulta ng alitan sa pagitan ng dalawang hindi konduktor o isang hindi konduktor at metal (hal. motor drive belt), ngunit hindi kinakailangang solidong katawan.

Ang static na kuryente ay maaari ding lumabas mula sa friction ng ilang mga likido o gas. Ang mga taong may napakatuyo na balat ay nag-iipon ng mga singil sa kuryente. Sa panahon ng paggalaw (pagkuskos ng mga hibla sa balat), ang isang makabuluhang static na electric charge ay nangyayari sa tela, ang tela ay sumusunod sa katawan at pinipigilan ang paggalaw.

Nagiging mapanganib ang static na kuryente sa mga nasusunog at sumasabog na kapaligiran kung saan ang isang spark ay maaaring mag-apoy ng isang buong masa. Sa kasong ito, kinakailangan na agad na ilabas ang static charge sa lupa o hangin sa pamamagitan ng ilang metal na aparato na ang conductivity ay maaaring tumaas sa pamamagitan ng humidification o irradiation.

Electrostatic induction — ang hitsura ng mga singil sa kuryente sa kawad sa ilalim ng impluwensya ng iba pang mga singil na matatagpuan malapit sa kawad (electrification ng katawan sa isang distansya).

Sa ilalim ng pagkilos ng isang panlabas na singil, ang isang singil ay sapilitan (bumangon) sa pinakamalapit na dulo ng konduktor, ang tanda nito ay kabaligtaran sa tanda ng singil na kumikilos mula sa labas, at sa dulong dulo ng konduktor, isang singil ng parehong tanda. Sa kasong ito, ang parehong mga inductive charge ay pantay sa magnitude, iyon ay, ang induction ay nagdudulot lamang ng paghihiwalay ng mga singil sa wire, ngunit hindi binabago ang kabuuang singil sa wire (dahil ang kabuuan ng mga sapilitan na singil ay zero).

Ang magnitude ng sapilitan na mga singil at ang kanilang lokasyon ay tinutukoy ng kondisyon na dapat walang electrostatic field sa loob ng konduktor. Samakatuwid, ang sapilitan na mga singil ay nakaposisyon upang ang electric field na kanilang nilikha ay sinisira lamang ang patlang sa loob ng wire na nilikha ng inductive charge.

Isang halimbawa ng electrostatic induction: sa isang uncharged electroscope parehong electric charges, positive at negative, ay nasa pantay na halaga at samakatuwid ang electroscope ay hindi nakuryente.

Kung ang isang glass rod na may positibong singil ay lumalapit dito, ang mga libreng electron ay sabay na maaakit dito at ang positibong singil ng electroscope ay sabay na itataboy.

Ang negatibong singil ay puro malapit sa glass rod, ay konektado dito, habang ang positibong singil ay tinataboy at samakatuwid ay matatagpuan sa likod na bahagi ng electroscope - ito ay libre.

Ang electroscope ay nakuryente na ngayon. Gayunpaman, ang estado na ito ay hindi pangmatagalan. Ito ay nagkakahalaga ng pag-alis ng glass rod, dahil ang paghihiwalay ng singil sa positibo at negatibo ay nilabag, ang neutral na estado ng electroscope ay naibalik at ang mga dahon nito ay bumalik sa kanilang orihinal na posisyon.

Electroscope — isang aparato kung saan posible upang matukoy kung anong singil ang nakuryente sa katawan. Binubuo ito ng isang metal rod na may bola o plato sa tuktok na dulo at dalawang free-hanging metal sheet sa ibaba. Ang operasyon ng electroscope ay batay sa prinsipyo: ang mga katawan ng parehong pangalan ay nagtataboy sa isa't isa (Tingnan - Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng electroscope).

Ang electrostatic induction ay isa sa mga sanhi ng kidlat sa kalikasan, — ang pinakamalakas at mapanganib na pagpapakita ng static na kuryente sa atmospera.

Kidlat Ito ay isang discharge ng atmospheric na kuryente sa pagitan ng mga indibidwal na bahagi ng ulap, mga indibidwal na ulap, ang ulap at ang Earth, mula sa Earth hanggang sa ulap. Sa madaling salita, ang kidlat ay maaaring tukuyin bilang isang electric current ng maikling tagal, isang electric spark na katumbas ng mga potensyal na kuryente.

35 Mga Madalas Itanong Tungkol sa Mga Pagkulog at Kidlat

Van de Graaf electrostatic generator

Para sa mga layuning pang-agham at teknikal (halimbawa, sa nuclear physics, radiobiology, X-ray therapy, pagsubok ng mga materyales, pagtuklas ng kapintasan, atbp.), kailangan ang mga device na maaaring makabuo ng mga boltahe ng ilang milyong volt.

Ang mga naturang device ay technically advanced na mga electrostatic generator na may mataas na direktang boltahe. Ang pinakatanyag sa kanila ay ang generator ng Van de Graaf, na nilikha noong 1829 ng isang Amerikanong pisiko Robert van de Graaff (1901 - 1967).

Van de Graaf generator (1933) na may boltahe na 7 megavolts

Ang generator ay isang metal hollow ball na naka-mount sa isang mataas na guwang na haligi ng insulating material. Ang mga sukat ng bola at ang taas ng haligi ay tinutukoy ng limitasyon ng kinakailangang boltahe ng generator (halimbawa, para sa isang generator na may boltahe na 5 MV, ang diameter ng bola ay umabot sa 5 m). Ang isang walang katapusang sinturon ng insulating material (sutla, goma) ay gumagalaw sa loob ng haligi, na nagsisilbing isang conveyor para sa paglilipat ng mga singil sa globo.

Habang umaakyat ka, tumatakbo ang strip sa ibaba ng device lampas sa brush na nakakonekta sa isang poste ng pinagmulan direktang kasalukuyang boltahe na humigit-kumulang 10,000 V (ang angkop na rectifier ay maaaring magsilbing source na ito). Sa pagdidisenyo ng kanyang unang electrostatic generators, ginamit ni Van de Graaf ang device na may vacuum tube.

Van de Graaff electrostatic generator device

Mula sa mga dulo ng brush na ito, ang mga singil ay dumadaloy pababa sa sinturon, na nagdadala sa kanila sa loob ng bola, at sa pamamagitan ng pangalawang brush ay dumaan sila sa panlabas na ibabaw ng bola.Upang mapabuti ang proseso ng paglipat ng uncharged na bahagi ng tape pababa, ang mga singil ng kabaligtaran na tanda ay inililipat, sa tulong ng mga brush na inalis mula sa sisingilin na bola.

Dahil sa electrostatic induction, lumilitaw ang isang negatibong singil sa brush, na dinadala ng discharge sa pababang bahagi ng sinturon. Ang singil na ito ay pagkatapos ay inilipat sa brush at pinagbabatayan na mas mababang roller, kung saan ito ay pinalabas sa lupa.

Habang ang tape ay patuloy na gumagalaw, ang singil sa bola ay tumataas hanggang sa umabot ito sa isang paunang natukoy na halaga ng threshold na tinutukoy ng diameter ng bola at ang distansya mula dito sa isa pang elektrod o sa lupa.

Habang ang tape ay patuloy na gumagalaw, ang singil sa bola ay tumataas hanggang sa umabot ito sa isang paunang natukoy na halaga ng threshold na tinutukoy ng diameter ng bola at ang distansya mula dito sa isa pang elektrod o sa lupa.

Upang madagdagan ang boltahe, dalawang naturang mga aparato ang naka-install, kung saan ang mga bola ay tumatanggap ng mga singil ng kabaligtaran na mga palatandaan. Kaya, halimbawa, upang makakuha ng isang boltahe ng 10 MV, dalawang generator ang ginagamit, na sisingilin na may paggalang sa lupa sa +5 MV at -5 MV at naka-install sa ganoong distansya mula sa bawat isa na ang posibilidad ng pagkasira sa isang boltahe ay mas mababa. kaysa sa ibinigay Ay Naka-off.

Sa kasalukuyan, mayroong isang malaking bilang ng iba't ibang mga modelo ng mga electrostatic generator, kabilang ang mga umuulit sa disenyo ng Van de Graaff. Ginagamit ang mga ito para sa mga pisikal na eksperimento at bilang isang atraksyon para sa libangan at mga demonstrasyon ng aksyon. static na kuryente.

Ito ay kawili-wili: Triboelectric effect nanogenerator (TENG)