Elektrostatiskie ģeneratori — ierīce, darbības princips un pielietojums
Elektriskais lādiņš — parādība, kad tiek atcelti divi vienādi pretēji lādiņi. Ja divi ķermeņi, kas ir spēcīgi uzlādēti ar pretēju elektrisko lādiņu, atrodas tuvu viens no otra, tad starp tiem izlec dzirkstele un atskan īsa sprādziena skaņa.
Elektriski lādēta ķermeņa iedarbības spēku uz citu, kura lādiņš tiek uztverts kā vienība, sauc par potenciālu. Potenciālā atšķirība ir spriegums.
Pirmie veidi, kā iegūt elektriskie lādiņi un elektrostatiskie lauki sastāv no dažādu materiālu (kažokādu, vilnas, zīda, ādas un citu materiālu) berzes pret stiklu, sveķiem, gumijas utt.). Tajā pašā laikā spriegumi un lādiņi bija ārkārtīgi mazi. Lādiņu indukcija un uzkrāšanās ar mehānisku pārnesi ļāva nedaudz palielināt radušos spriegumus.
Pēc tam, lai iegūtu augstus spriegumus, tika izveidotas nepārtraukti strādājošas mašīnas ar rotējošiem diskiem, kas balstītas uz elektrostatiskās vadīšanas (indukcijas) principu.Tomēr šīs mašīnas neļāva iegūt lielu jaudu un tika izmantotas galvenokārt kā ierīces izglītības iestāžu fizikas kabinetos.
Ķermeņu elektrifikācija un elektrostatiskā indukcija
Tiek saukts ziņojums par elektrisko lādiņu ķermeni elektrifikācija… Rakstā aprakstīts Ķermeņu elektrifikācija un lādiņu mijiedarbība pozitīvo un negatīvo jonu veidošanās process sniedz priekšstatu par ķermeņu elektrifikācijas procesu: tas sastāv no elektronu pārnešanas no viena ķermeņa uz otru.
Tādējādi ķermeņa elektrisko lādiņu nosaka ķermeņa pārpalikums vai trūkums. elektroni… Ķermeni ir iespējams elektrificēt dažādos veidos, no kuriem berze, kontakts, virziens, lādiņa pārnešana ir tehniski.
Apgrieztais process - ķermeņa neitrālā stāvokļa atjaunošana (neitralizēšana) - ir, piešķirot tam trūkstošo elektronu skaitu vai noņemot to pārpalikumu.
Elektrifikācijas laikā ar berzi, ja nevienam no saskares ķermeņiem no ārpuses netiek paziņoti papildu lādiņi, abi ķermeņi tiek uzlādēti ar vienādu dažādu zīmju elektroenerģijas daudzumu. Kad ķermeņi ir savienoti, to lādiņi tiek pilnībā neitralizēti.
Tādā veidā lādiņi netiek radīti vai iznīcināti, bet tikai pārnesti no viena ķermeņa uz otru. Tas mūs pārliecina, piemēram, par elektrisko lādiņu nezūdamības likuma pastāvēšanu enerģijas nezūdamības likums.
Statiskā elektrība — elektriskais lādiņš miera stāvoklī. Rodas berzes rezultātā starp diviem nevadītājiem vai nevadītāju un metālu (piemēram, motora piedziņas siksnām), bet ne vienmēr cietiem korpusiem.
Statiskā elektrība var rasties arī noteiktu šķidrumu vai gāzu berzes rezultātā. Cilvēki ar ļoti sausu ādu uzkrāj elektriskos lādiņus. Kustības laikā (šķiedru berzēšana ādā) audumā rodas ievērojams statiskais elektriskais lādiņš, audums pielīp pie ķermeņa un neļauj kustēties.
Statiskā elektrība kļūst bīstama uzliesmojošā un sprādzienbīstamā vidē, kur viena dzirkstele var aizdedzināt visu masu. Šajā gadījumā ir nepieciešams nekavējoties atbrīvot statisko lādiņu zemē vai gaisā, izmantojot kādu metālisku ierīci, kuras vadītspēju var palielināt ar mitrināšanu vai apstarošanu.
Elektrostatiskā indukcija — elektrisko lādiņu parādīšanās uz vada citu lādiņu ietekmē, kas atrodas netālu no vada (ķermeņa elektrifikācija no attāluma).
Ārējā lādiņa iedarbībā tiek inducēts (rodas) lādiņš vadītāja tuvākajā galā, kura zīme ir pretēja lādiņa zīmei, kas iedarbojas no ārpuses, un vadītāja tālākajā galā, tās pašas zīmes lādiņš. Šajā gadījumā abi induktīvie lādiņi ir vienādi pēc lieluma, tas ir, indukcija izraisa tikai lādiņu atdalīšanu uz vada, bet nemaina kopējo lādiņu uz vada (jo inducēto lādiņu summa ir nulle).
Inducēto lādiņu lielumu un to atrašanās vietu nosaka nosacījums, ka vadītāja iekšpusē nedrīkst būt elektrostatiskā lauka. Tāpēc inducētie lādiņi ir novietoti tā, lai to radītais elektriskais lauks vienkārši iznīcina lauku stieples iekšpusē, ko rada induktīvā lādiņa.
Elektrostatiskās indukcijas piemērs: neuzlādētā elektroskopā gan pozitīvie, gan negatīvie elektriskie lādiņi ir vienādos daudzumos un tāpēc elektroskops nav elektrificēts.
Ja tam tuvojas stikla stienis ar pozitīvu lādiņu, tad tajā vienlaikus tiks piesaistīti brīvie elektroni un vienlaikus atvairīts elektroskopa pozitīvais lādiņš.
Negatīvais lādiņš ir koncentrēts tuvāk stikla stienim, ir savienots ar to, savukārt pozitīvais lādiņš tiek atvairīts un tāpēc atrodas elektroskopa aizmugurē — tas ir brīvs.
Elektroskops tagad ir elektrificēts. Tomēr šis stāvoklis nav ilgstošs. Ir vērts noņemt stikla stieni, jo tiek pārkāpta lādiņa atdalīšana pozitīvajā un negatīvajā, tiek atjaunots elektroskopa neitrālais stāvoklis un tā lapas atgriežas sākotnējā stāvoklī.
Elektroskops — ierīce, ar kuru var noteikt, ar kādu lādiņu ķermenis ir elektrificēts. Tas sastāv no metāla stieņa ar lodi vai plāksni augšējā galā un divām brīvi piekārtām metāla loksnēm apakšā. Elektroskopa darbības pamatā ir princips: viena nosaukuma ķermeņi viens otru atgrūž (sk. Elektroskopa darbības princips).
Elektrostatiskā indukcija ir viens no cēloņiem zibens dabā, — visspēcīgākā un bīstamākā atmosfēras statiskās elektrības izpausme.
Zibens Tā ir atmosfēras elektrības izlāde starp atsevišķām mākoņa daļām, atsevišķiem mākoņiem, mākoni un Zemi, no Zemes uz mākoni. Citiem vārdiem sakot, zibens var tikt definēts kā īslaicīga elektriskā strāva, elektriskā dzirkstele, kas izlīdzina elektriskos potenciālus.
35 bieži uzdotie jautājumi par pērkona negaisu un zibeni
Van de Graaf elektrostatiskais ģenerators
Zinātniskām un tehniskām vajadzībām (piemēram, kodolfizikā, radiobioloģijā, rentgena terapijā, materiālu testēšanā, defektu noteikšanā u.c.) ir nepieciešamas ierīces, kas spēj radīt vairāku miljonu voltu spriegumu.
Šādas ierīces ir tehniski progresīvi elektrostatiskie ģeneratori ar augstu līdzspriegumu. Slavenākais no tiem ir Van de Grāfa ģenerators, ko 1829. gadā izveidoja amerikāņu fiziķis. Roberts van de Grāfs (1901-1967).
Van de Graaf ģenerators (1933) ar spriegumu 7 megavolti
Ģenerators ir metāla doba bumbiņa, kas uzstādīta uz augstas dobas izolācijas materiāla kolonnas. Bumbiņas izmērus un kolonnas augstumu nosaka ģeneratora nepieciešamā sprieguma robeža (piemēram, ģeneratoram ar spriegumu 5 MV lodītes diametrs sasniedz 5 m). Kolonnas iekšpusē pārvietojas nebeidzama izolācijas materiāla (zīda, gumijas) lente, kas kalpo kā konveijers lādiņu pārnešanai uz sfēru.
Virzoties uz augšu, sloksne iet ierīces apakšā garām birstei, kas savienota ar vienu avota polu līdzstrāva spriegums aptuveni 10 000 V (par šo avotu var kalpot piemērots taisngriezis.) Projektējot savus pirmos elektrostatiskos ģeneratorus, Van de Grāfs izmantoja ierīci ar vakuuma cauruli.
Van de Graaff elektrostatiskā ģeneratora iekārta
No šīs sukas galiem lādiņi plūst uz leju uz jostas, kas tos ienes bumbiņā, un caur otro suku tie nonāk lodītes ārējā virsmā.Lai uzlabotu lentes neuzlādētās daļas pārvietošanas procesu uz leju, tiek pārnesti pretējās zīmes lādiņi, ar otu palīdzību, kas noņemtas no uzlādētās lodītes.
Elektrostatiskās indukcijas dēļ uz otas parādās negatīvs lādiņš, ko izlāde pārnes uz jostas lejupejošo daļu. Pēc tam šis lādiņš tiek pārnests uz birsti un iezemēto apakšējo veltni, caur kuru tas tiek izvadīts zemē.
Lentai turpinot kustēties, lodītes lādiņš palielinās, līdz tā sasniedz iepriekš noteiktu sliekšņa vērtību, ko nosaka lodītes diametrs un attālums no tās līdz citam elektrodam vai zemei.
Lentai turpinot kustēties, lodītes lādiņš palielinās, līdz tā sasniedz iepriekš noteiktu sliekšņa vērtību, ko nosaka lodītes diametrs un attālums no tās līdz citam elektrodam vai zemei.
Lai palielinātu spriegumu, ir uzstādītas divas šādas ierīces, kurās lodītes saņem pretēju zīmju lādiņus. Tā, piemēram, lai iegūtu spriegumu 10 MV, tiek izmantoti divi ģeneratori, kas uzlādēti attiecībā pret zemi līdz +5 MV un -5 MV un uzstādīti tādā attālumā viens no otra, lai sabrukšanas iespēja būtu mazāka sprieguma gadījumā. nekā dots Ir izslēgts.
Pašlaik ir liels skaits dažādu elektrostatisko ģeneratoru modeļu, tostarp tādi, kas atkārto Van de Graaff dizainu. Tos izmanto gan fiziskiem eksperimentiem, gan kā atrakcija izklaidei un darbības demonstrējumiem. statiskā elektrība.
Tas ir interesanti: Triboelektriskā efekta nanoģenerators (TENG)