Генератор Ван де Граафа: устройство, принцип действия и применение. Генератор Ван де Граафа: устройство, принцип действия и применение Производитель профессиональной установки ван де граафа конструкция

Генератор Ван-Де-Граафа — это одна из тех девайсин, которые помогут попаданцу запугивать аборигенов высоковольтными электрическими разрядами.
На входе — мускульная сила, на выходе — искусственная молния, вроде все отлично.

Однако, он имеет свои особенности, и именно эти особенности не позволяют его рекомендовать для построения в древности…

Принцип действия генератора Ван-Де-Граафа прост. Мы имеем диэлектрическую ленту, которая вращается между двух роликов. Снизу лента электризуется щетками, а сверху заряд с нее снимают в металлическую сферу. Заряд накапливается на наружной поверхности сферы, что позволяет продолжать снимать электростатику с ленты изнутри шара. В результате — можно накопить разряд примерно в 80 кВ. Эта девайсина была изобретена Ван-Де-Граафом в 1929 году.
Но уже через два года генератор был усовершенствован — он стал не просто снимать заряд с ленты, но на ленту начали подавать высокое напряжение в 50 кВ, что позволило на выходе получить полтора миллиона вольт, что в те времена было необходимо для физических экспериментов. Собственно, с тех пор эти генераторы так и строились — не как генераторы, а как умножители.
Напряжение разряда зависит от длины ленты и от размера сферы. Но и то и другое имеет свои ограничения — в ленте разряд растекается, а со сферы он убегает через коронный разряд. Поэтому не стоит ни строить слишком длинную ленту, ни делать слишком большую сферу.

Как видите, все просто.
Такой генератор можно построить задолго до указанной даты.
Но давайте-ка сравним генератор Ван-Де-Граафа с . Именно с точки зрения построения в древности.

1. Для Ван-Де-Граафа требуется диэлектрическая лента. В реальности она была резиновой. Можно использовать шелк. Сейчас — еще и различные синтетические ткани, которые электризуются. И чем лучше они электризуются, тем больше будет разряд в генераторе.
Соответственно, если у вас натуральные волокна, то разряд будет копеечный, если вообще будет. Например, я сомневаюсь, что с льняной полосой хоть что-то получится.
Что-то получится с шерстью, но тут — чем более гладкое волокно у шерсти, тем качественнее разряд. В древности шерсть была очень грубой, поэтому результат будет такой себе.
Еще просьба помнить, что если атмосфера влажная (какое-нибудь средиземноморье), то даже с хорошей шерсти вы ничего не получите.

Рекомендую вспомнить о цене и о доступности качественной ткани в древности.
А также о том, что лента из натуральной ткани очень быстро изнашивается — мало того, что она будет быстро растягиваться между двумя роликами, но и постоянное касание со щетками будет ткань лохматить, износ увеличится на порядок. При этом — желательно крутить как можно быстрее, а это убыстряет и износ ткани (подозреваю — ускорят даже нелинейно). Кроме того — такое использование ведет не только к частой замене ткани, а и к регулированию расстояния между роликами, ведь стоит ткани чуть провиснуть, то ролики будут прокручиваться вхолостую (прорезиненные ролики будут недоступны).
Всем, кто пробовал строить самопальные Ван-Де-Граафы стоит вспомнить, что ткань из синтетического волокна будет недоступна, а ролики будут деревянные и проскальзывающие.

2. Как понятно из конструкции, вместо одного вала в электрофорной машине у нас тут будут два, и расстояние между ними придется постоянно контролировать. Соответственно — только это усложняет конструкцию минимум в два раза. Кроме того — помним, что часть ленты, убегающая вверх и часть возвращающаяся заряжены разноименно. Поэтому будут пытаться друг к другу притянуться. Поэтому ролики нужно сделать достаточно большого диаметра. В древности же точность изготовления двух деревянных роликов… ну вы, представляете. Лента на них будет скакать рывками и постоянно проскальзывать. А проскальзывать нельзя — заряд постоянно утекает.
В электрофорной машине же — один вал на два деревянных диска. Главная задача — отбалансировать, это опытный мастер сделает даже ножом. Никаких трущихся элементов из мягких материалов. Только два деревянных диска с металлическими набойками, которые даже не касаются друг друга.

3. Шар-накопитель нужно сделать из металла. И чем больше, тем лучше. Шар полый, необходимо предусмотреть диэлектрический подвес изнутри, а у нас еще конструкция с вращающимся валом внутри сферы.
Изготовление такого элемента в древности гарантированно обещает менингит у кузнецов. Отливать полый шар… Это даже не колокол, для которого можно сделать разъемную литьевую форму! Да и сколько металла пойдет на отливку и сколько он будет стоить? Тут наверняка шар будет собираться из листового металла. При этом главное — сделать внешнюю поверхность как можно более гладкой, чтобы уменьшить коронные разряды, стреляющие из каждого выступа. Поэтому сборка на заклепках также обещает быть интересной, с заливкой свинцом неровностей а-ля шпаклевка.
И помним — масштабируемость плохая, шар желательно сделать побольше, но без фанатизма (в реальности доходило почти до 4-х метров, нам это не светит, нам бы с котелок хотя бы).

4. С накоплением заряда тоже проблема. Утечки очень большие, поэтому ленту останавливать нельзя — пока генератор в рабочем состоянии, она должна крутиться. Про износ ленты не забыли? Если же собрать электрофорную машину, то заряд будет копиться в конденсаторе. Там тоже будут утечки, но куда менее заметные. Даже для технологии древности. И даже если диэлектрик в конденсаторе сделать из керамики (со стеклом в Древнем Египте будет напряг).
И при этом — емкость конденсаторов достаточно легко увеличить, собрав батарею. Можно даже залить батарею маслом и спрятать подальше от глаз.
В Ван-Де-Граафе увеличивать размер шара неэффективно, если вообще даст результат. И конденсатор туда цеплять некуда.
Поэтому Ван-Де-Грааф позволит получать только высокое напряжение, ток там будет копеечный. Разряд же батареи конденсаторов может быть таким, что легко убьет быка, я уже молчу про намагничивание компаса.

Итак, Ван-Де-Грааф как генератор… ну, не зря его изобрели для узкой ниши — усиление напряжения в лабораторных опытах. Больше нигде он не применялся, а если где и нужен был — то электрофорная машина с этим справлялась лучше. И дешевле. Думаете, это случайно? 😀

55 комментариев Генератор Ван-Дер-Граафа

Во первых из статьи непонятна главная фишка ВДГ — заряд под слабой напругой переносится в середину сферы где электрическое поле компенсировано и перераспределяется на поверхность. Малое напряжение превращается большое. В обычном конденсаторе такого нет — выше чем на имеющееся напряжение его не зарядишь.

>> Изготовление такого элемента в древности гарантированно обещает менингит у кузнецов. Отливать полый шар… Это даже не колокол, для которого можно сделать разъемную литьевую форму! Да и сколько металла пойдет на отливку и сколько он будет стоить? Тут наверняка шар будет собираться из листового металла.

Самодельные делают обматывая фольгой деревянный или керамический шар.

>> В Ван-Де-Граафе увеличивать размер шара неэффективно, если вообще даст результат.

Наоборот.
>> Since a Van de Graaff generator can supply the same small current at almost any level of electrical potential, it is an example of a nearly ideal current source. The maximum achievable potential is approximately equal to the sphere’s radius multiplied by the e-field where corona discharges begin to form within the surrounding gas. For example, a polished spherical electrode 30 cm in diameter immersed in air at STP (which has a breakdown voltage of about 30 kV/cm) could be expected to develop a maximum voltage of about 450 kV.

>> И конденсатор туда цеплять некуда.

Эт почему? Земля-сфера — все прекрасно зарядится.

>> В древности же точность изготовления двух деревянных роликов… ну вы, представляете.

Может хватит вспоминать цилиндр паровой в который просовывали монету? Его изготавливали самым наипримитивнейшим способом — бревном которое ворочал десяток человек. И как только стало понятно что оно работало сделали станок для расточки цилиндров. Точности в доли миллиметров были вполне стандартны. Калибры мушкетов например выдерживались с такой точностью. Вот уже точности в десятку и ниже это продукт индустриальной революции. Но для ленты под натягом это не надо.

С ВДГ геммороя конечно побольше чем с электрофорной, но результат… Сотни киловатт позволяют получать эффекты которые поражают даже современников.

В общем линейка для попаданца: капельница Кельвина — околонулевые затраты, мин результат, ВГД — куча геммора и очень крутой результат, электрофор — золотая середина.

Главный геммор по видимому лента. Толи обычную ткань пропитывать соком одуванчиков, то ли паутину собирать(отличный диэлектрик и сам материал клиента поразит) 🙂

>>из статьи непонятна главная фишка ВДГ

Ну я несколько раз упоминал про умножитель, но можно и более явно написать.

>>обматывая фольгой деревянный или керамический шар

Фольга в древности — только золотая со всеми вытекающими (и то, в Древнем Египте и она недоступна).

>>Земля-сфера - все прекрасно зарядится

Очень плохое решение, сразу ограничивает возможности. Да и в самом решении ограничений выше крыши.

>>Может хватит вспоминать цилиндр паровой в который просовывали монету?

Я немного не про то.
С цилиндром были проблемы с обработкой стали. Здесь — деревянные ролики, которые точили на токарном станке в том же Вавилоне без проблем. НО! Ролики должны крутиться, при этом желательно побыстрее. И эта ось по дереву будет очень легко разбиваться, а еще вопросы смазки и прочего.
Я ведь говорю не о времени индустриальной революции, а много, много раньше.

>>капельница Кельвина - околонулевые затраты, мин результат, ВГД - куча геммора и очень крутой результат, электрофор - золотая середина

О! Именно об этом и речь! Электрофор — это наше всё!

Отливать полый шар… Это даже не колокол, для которого можно сделать разъемную литьевую форму! Да и сколько металла пойдет на отливку и сколько он будет стоить? Тут наверняка шар будет собираться из листового металла. При этом главное - сделать внешнюю поверхность как можно более гладкой, чтобы уменьшить коронные разряды, стреляющие из каждого выступа. Поэтому сборка на заклепках также обещает быть интересной, с заливкой свинцом неровностей а-ля шпаклевка.
И помним - масштабируемость плохая, шар желательно сделать побольше, но без фанатизма (в реальности доходило почти до 4-х метров, нам это не светит, нам бы с котелок хотя бы).

2 котелка пусть отольют. Лишнее убрать, получившееся скрепить. Стильно, молодёжно, если факир пьян, то опыт не удастся.

С лентой-диэлектриком придётся париться. Безумная идея — смолы же — диэлектрики. Будет ли удовлеворять техническим требованиям просмолённое волокно?

Воск вроде тоже диэлектрик? А если навощить?
- Воск поплавится. И кроме того при проходе вокруг ролика он что осыпется (не успеет размягчиться), что останется на ролике. Менингит.
  - Это можно проверить только опытным путем, остатков воска, прпитавших ткань може более чем хватить.
    
    Но смысла нет гнаться за напряжением, нужен ток, а для этого надо много паралельных электрофорных машин, и ОЧЕНЬ не факт что именно классических Вимшурстов. Надо весь класс устройств рассматривать, там есть куда более технологичные конструкции. Возможно даже, что выиграет банальное трение, дохрена стеклянных дисков на валу и шерсть.

Соратники, вы шутите?
Шар нужно заказать меднику из ближайшего города — котлы, кувшины и шлемы египтяне прекрасно выколачивали из цельного куска меди.
Лента пелетона — пластинки плавленой серы, сургуча даже янтаря скрепленные бронзовыми кольцами.
И, наконец, ролики. Пряслица для веретён умели делать в неолите. Гончарный круг и колесо со ступицей — второе тысячелетие до нашей эры. Какие проблемы в том, чтобы сделать два ролика?
А первый век нашей эры — это Герон Александрийский со своим шаром-турбиной, и с этого времени можно реализовать почти любую механику, которую в реальности построили до первого десятилетия 19 века.

Понятно, что все можно сделать. Я именно указывал разницу между созданием электрофора и ван-де-граафа. При таких вот сложностях с медниками, роликами и тканью (странно, что вы не указали, что резину тоже получил какой-то Герон:D), то нафиг ван-де-грааф сдался?
Какой с него толк, если можно электрофор сделать?
- Ещё раз: какие сложности с наймом медника и изготовлением роликов? Где Вы их увидели?
  И укажите, пожалуйста, где в моём комментарии есть слово «ткань».
  
  Про то, как Вы собираетесь балансировать диски электрофорной машины без помощи механика уровня Герона Александрийского (первый век нашей эры, Римская Империя), я уже не спрашиваю. И из какого материала будете их делать в Египте, скажем, в благословенные времена Нового Царства.
  - Вы критикуете второстепенные задачи, опуская главные.
    Я не говорил, что сделать ролики или шар невозможно. Я говорил, что это будет много дороже, чем два диска электрофора.
    А то, что я говорил про валы и натяжение — то еще и недолговечно.
    А с учетом отсутствия ткани — то и близко к невозможному.
    
    А диски — делаются из дерева и балансируются ножом. Что будут неидеальны… Ну так посмотрите на второе фото в статье. У этого электрофора, производимого серийно, расстояние между дисками от 2.5 до 7 мм (по спецификации!). То есть никто даже не пытается отбалансировать точно. И ничо.

И да, кстати.
Вы напрасно надеетесь что-нибудь намагнитить разрядом высоковольтного генератора.
Генератор — это ёмкость, соленоид — катушка индуктивности. Образуется классический колебательный контур, в котором при разряде возникнут затухающие колебания, синусоида моделированная обратной экспонентой. Таким аппаратом хорошо размагничивать, а не размагничивать.
К тому же, для намагничивания время существования внешнего магнитного потока должно превышать время релаксации материала, ещё и поэтому требуется источник постоянного тока.

Хотел написать, что краз опять пытается подтянуть источники под лажу)))) или лучше так:

пытается доказать заранее ошибочное, СВОЁ, мнение о том, что одно хуже другого)))) апеллируя при этом крайне слабыми знаниями о уровне древней технологии (честное слово, я так редко смеюсь и 80% этого смеха чаще всего над писульками краза) … аффтар жги есчё…

Но товарисчь kiploks меня обогнал…
ЗЫ kiploks-у моё почтение
ЗЫЫ краз кури источники)))

О-о-о, товарищ…
А ниче, что я в детстве легко намагничивал магнит от розетки?

Продаю жуткий секрет — нужно в в схему с катушкой вокруг магнита включить предохранитель. Какой-нибудь послабее. Потом сию конструкцию засунуть в розетку — когда дойдет до максимума, предохранитель сразу сгорит и магнит останется намагниченным.

В древности предохранителей нет, нужно заменить мгновенным касанием, это не есть сложно даже для Шумера.
- Я в детстве от розетки заряжал конденсатор, и что это доказывает?
  Вам нарисовать что происходит на кривой намагниченности в случае сети переменного тока малого напряжения и постоянной амплитуды, и что — при разряде высоковольтного конденсатора на индуктивную нагрузку?
  - Ну чудесно, нарисуйте-ка мне разряд в колебательном контуре, когда после первой половины периода размыкается цепь, ага. 😀
    - У Вас конденсатор в 1000 пикофарад максимум. Чтобы разорвать ток до того, как он пойдёт «в минус» Вам нужно успеть сделать это быстрее половины периода колебания контура. Чтобы получить частоту 50 Гц Вам нужен (по моим расчётам) соленоид с индуктивностью около 1000 Генри. Активного ключа или диода у Вас нет и не скоро появится, плавкий предохранитель при напряжениях в 10 кВ превращается в дуговой разрядник и Вам не помощник — ионизация в следе дуги исчезает слишком медленно даже для частоты 50 Гц.
      Вы просто не сумеете отключить ток раньше, чем он кончится сам.
      
      Если не верите мне, интернет полон проектами электрофорных машин из куска оргстекла и обувного шнурка. Проверьте сами.
      - Почему вы взяли именно 1000 пикофарад? Кто мне помешает забить все помещение кондюками? Тут главное ограничение емкости — это деньги. Да, стеклянные уже не годятся, нужно искать подешевле. Будем искать.. (кстати, действительно интересно)
        
        И ваши расчеты неверны. Кто мешает сделать механический размыкатель? Который закоротит на долю секунды? Например, трехметровый рычаг с контактом на конце, пролетающий рядом с другим контактом, между которыми вспыхивает дуга?
        
        Не, серьезно — таких решений можно понапридумывать ведро и маленькую тележку.
        
        С одной стороны тысяча генри не так страшно как 1000 фарад, индуктивность таки растет как квадрат числа витков. Несколько км провода позволят нам сделать такой соленоид. На 50 герцах добавление в такую цепь сопротивления в десятки кОм позволит убавить добротность до такой степени что размыкание не понадобится вовсе, а ток благодаря напряжениям все равно будет измеряться амперами.
        
        Но конечно, учитывая что эта хтоническая конструкция из конденсатора, мегасоленоида и электрофорной(плюс, возможно, выключателя со скоростью срабатывания в сотые секунды) заменяется вольтовым столбом — даже если мы будем делать его из меди и золота, он получится дешевле. Электростатика годится только для поражения умов.
        
        Эх, вот просто хочется взять и построить такой электрофор! Рассчитать катушки — и магнитить иголки на пробу.
        
        А про дешевую гальванику — не надо. Просто потому, что гальванический элемент — расходный элемент. А правильно построенный электрофор будет крутиться десятилетиями.
        
        Расходный? В десять раз больше иголок чем он сам весит он как-нибудь намагнитит. Или в сто? Уж никак не меньше.
        
        А причем количество иголок?
        С гальваникой хватит гемороя сливать-заливать электролит. А там еще всякие измерения плотности и вообще качества электролита, выделяемые газы и многое-многое другое. Потому как химия, которая в то время не будет давать гарантированного результата.
        
        Тут ведь нужно не за раз тонну иголок намагнитить, а время от времени.
        
        А электрофор — чистая физика, тут нет такого количества параметров, которых постоянно хотят разбежаться.
        Ну и электрофор в медном веке — самое то, железа нужно только на иголку для компаса.
        
        Гальваника необходима, если надо позолотить гальванически что-либо.
        Но если надо кроме иголок еще эффекты в храме — то электрофор выигрывает. Или даже ван-де-грааф, у него разряды ветвистее. 🙂
        Особенно хорошо выйдет, если с электрофора напряжение подать на ван-де-грааф (собственно, ван-де-грааф и изобретался как умножитель).
        
        Начните с расчёта того, сколько энергии нужно для намагничения иголки и сравните с тем, сколько даёт электростатический генератор.
        
        1000 пикофарад — стандартная ёмкость лейденской банки.
        Откуда возьмутся деньги на сарай конденсаторов?
        Электростатические генераторы предназначены для генерации высокого напряжения. Высокое напряжение — стеклянные конденсаторы, любой другой материал изолятора либо не выдержит напряжения, либо будет стоить как рыцарский замок.
        Механический размыкатель со скоростью размыкания менее 50 милисекунд и напряжение >1 кВ? С током более ампера и гашением дуги? Я хочу это увидеть.
        Механических решений за прошедший век и в самом деле предлагалось «воз и маленькая тележка». Вот только ни одно из них не работало…
        
        Я же специально оговаривал — нужно не лейденскую банку, а именно кондюки и именно стеклянные (хотя варианты надо поискать, не знаю что там с керамикой).
        При этом — пофиг что ван-де-грааф, что электрофор — конденсаторы нужны. Без них — это только игрушки с искрами.
        
        И с механическим размыканием тоже можно повозиться — тут вопрос в подборе параметров колебательного контура, чтобы у него частота была как можно ниже, тогда и размыкатель может превратиться в рубильник.
        А механические решения были для других случаев, компасы благополучно делали более промышленными способами.
        
        А слюдяные конденсаторы? Её горами добывали.
        
        Да, возможный вариант.
        Нужно посмотреть на электрические качества, где и когда и сколько добывали.
        
        Пишут вот что:
        
        «Высокие изоляционные качества (большое сопротивление утечки, малые потери на высокой частоте) позволяют применять слюдяные конденсаторы до очень высоких частот практически в любых цепях радиосхем. Сопротивление утечки изоляции слюдяных конденсаторов имеет величину около 10^10 Ом, т. е. на порядок выше сопротивления утечки бумажных конденсаторов, но по геометрическим размерам слюдяные конденсаторы значительно больше бумажных при одинаковых емкостях.
        Обкладки состоят из свинцово-оловянной фольги или серебра.»
        
        А по поводу месторождений: крупные месторождения мусковита — на Кольском, в Сибири, Индии, Бразилии, Канаде и в США.
        
        «На северо-западе Европейской части СССР существовал старинный слюдяной промысел. Месторождения были известны еще в XV в.»
        
        Вообще, слюда — интересный материал с точки зрения попаданца.
        
        «Наиболее ценная листовая слюда находит применение главным образом в электропромышленности: для изоляторов, конденсаторов, реостатов, телефонов, магнето, электрических ламп, керосинок, слюдяных очков и прочих целей. В зависимости от размеров пластинок, степени их прозрачности и равномерности окраски различается несколько сортов листовой слюды.
        
        Слюдяной порошок (скрап), получающийся путем размола отбросов применяется при изготовлении огнестойких строительных материалов (кровельного толя), обоев, писчей бумаги, огнеупорных красок, различных керамических изделий, автомобильных шин, для взрывчатых веществ (в качестве адсорбента), смазочных материалов и пр.»
        
        А, и для крепления арматуры электронных ламп применялась.

Самая распространённая фольга в «доалюминиевые» времена — ОЛОВЯННАЯ. Ни каких проблем с ней нет. Ещё можно тупо «покрасить» деревянный шарик графитом или металлическим порошком (бронза). Да, высокое сопротивление. И чего? Токи-то мизерные.

Современные «ленты» в генераторах ВДГ — из МЕТАЛЛИЧЕСКИХ звеньев с диэлектрическими разделителями.

Я кстати, пробовал ленту бумажную. Для «настольного» аппарата — идёт в полный рост.

«Износ» роликов? Ну если делать агрегат в несколько метров высоты — может быть, а мелкий если и развалится, то не от «износа». Во всяком случае не помню, чтобы у меня что-то «износилось» в деревянных катушках из под ниток. Осями служили строительные гвозди 🙂
Более того. Напряжение, которое может генерить девайсина зависит только от линейного размера генератора.
Метровый деревянный диск или метровый «конвейер», что легче? И где будет меньше нагрузка на оси?
Но ещё раз замечу. Механические проблемы будут возникать только у по настоящему больших агрегатов.

Электрофорная машина — два диска диаметром 1 метр равноценна ВДГ высотой 1 метр и с двумя же роликами диаметром в несколько сантиметров.
Не надо утверждать, что изготовить метровый диск проще чем 5-сантиметровый ролик.

У ВДГ трабл. Поскольку ток (скорость переноса зарядов) пропорциональна линейной скорости движения элементов, то ВДГ нуждается в больших оборотах. Это да.

И наконец, уж если так хочется использовать ВДГ в роли «умножителя», то поставьте два ВДГ рядом. Только это нифига не «умножитель» 🙂

Я пока вижу по вашим описаниям, что ван-де-грааф в древности изготовить еще более сложно, чем я прикидывал.
И я не увидел, из чего вы будете делать ленту. Из металлических звеньев не предлагать, это или не сделают никак, либо сделают за те деньги, за которые можно сделать сто-стодвадцать электрофоров. Это которые с метровыми дисками. И, кстати, если лента из звеньев, то из чего будут диэлектрические разделители?

А износ роликов (читайте внимательно) — это износ на их валу, они просто будут болтаться и лента проскальзывать.

Бумага — это здорово. Осталось только построить бумажное производство. Или рискнете из папируса ленту сварганить? 😀

Не, у ван-де-графа есть свой плюс — напряжение больше.
А этот плюс нам точно надо?
- Не вынесла душа поэта…. Решил вмешаться…. Просто обидно смотреть, как припоны высасывают из…. ну пусть будет палец))))
  Краз, если вы с самого начала решили что одно лучше другого, то бог вам судья….
  
  1 по изготовлению сферы — смотрим чеканка (это если исторические методы) или как вариант попаданческой, вытяжка на токарном станке…
  2 поверьте, диэлектрики очень распространены))) кожа кость… дерево… и тд
  3 по износу роликов, простейшее устройство изменение натяжения и сальник с салом)))) те же мельницы годами работают))) , другие смазки никто не отменял…
  - Я только не понял, что из этого проще чем электрофор. 😀
    
    Еще раз для тех, кто не читает — статья не о том, что невозможно это сделать.
    Статья о том, что это будет много сложнее и дороже, чем электрофор. И во много раз ненадежнее.
    И в статье именно это разбирается.
    
    Хотя если вы поклонник «зачем просто, если можно сложно» и картошку выращиваете в вазонах, а на работу ездите на самокате строго по бордюрам — то я бессилен. 😀
    
    P.S. Боюсь что кожа-кость-дерево не годятся для таких напряжений. А единственное преимущество ван-де-граафа перед электрофором — это еще более высокое напряжение.
    - так я не понимаю, уж простите я вот такой))))
      В чём сложность???? В чём дороговизна??? Чем проще электрофор (особенно большой)???
      
      ЗЫ Ну и я просто опускаю саму идею ненужности этого всего)))), уж простите я по прежнему считаю, что попаданец в древности и средневековье это в первую очередь одиночка, он не должен привлекать излишнего внимания… это для него плохо кончиться)))) поэтому и технологии у попаданца (в голове/записях) должны быть рассчитаны, на внедрение 1 человеком (если попаданец 1)…
      - А вот для чего применять — это вопрос, и ответ тут исключительно в характере самого попаданца. Имеет он актерские способности — можно думать о создании секты, а иначе — только магниты магнитить.

Хахахаха! Так вот в высоких оборотах и будет затык, сложность подшипников и повышающей трансмиссии перебьет все выгоды.

Но я все же думаю, что и электрофорная машина тоже слишком сложна, много тонкой механики, это плохо масштабируется. Паровая электростатическая машина Армстронга (из охлаждемых водой сопел дует смесь пара с получившимися в результате его охлаждения каплями и лупит ими в пластину на расстоянии) например может быть куда мощнее и эффективнее, и двигатель не нужен. Не нужно высокое давление, можно котел из медных листов склепать. И очень большая мощность по сравнению с механическими конструкциями.

Если делать «индустриальный» генератор, то да, там и подшипники и система натягашек и вообще… Но если «ритуальный» образец или на показать…
У меня генератор был из бумажной трубы, двух гвоздей, двух катушек от ниток и бумажной ленты.
Причём один гвоздь был неподвижен и на нём крутилась катушка, другой был подвижной осью и крутился прямо в дырказ в бумаге 🙂 За несколько часов суммарной работы ничего не развалилось.

Кстати, Ros, спасибо за мысль. Кожанный ремень — вполне в жилу. У Р.Вуда в «генераторе» были ремни именно кожанные.
- Кстати, электродвигатель постоянного тока из лакированной проволоки. ТОЛЬКО из проволоки. Секрет в частичной зачистке изоляции.
  - А вот с лакировкой проволоки — это тема.
    Это точно попаданческая технология и ее нужно будет расписать.

Дополнение. У меня металлического шара не было. А обернуть лампочку фольгой, я протупил (лет 10-11 было), так что верхний электрод просто торчал проволочкой вбок и вниз. С него, при работе генератора, постоянно шурашил разряд в сторону нижнего электрода.

А почему все таки ван де Грааф? или электрофорка?
Ведь способов получить высокий заряд несколько побольше. например есть паровая машина вырабатывающая статический заряд и не слабый больше миллиона вольт. Точнее это просто котел с вырывающимся паром. Есть возможность получать заряд из атмосферы.

по поводу кондеров и лейденских банок… ну что за бред, ребята. говорите только золотая фольга годится? а из олова листы раскатать не сможете7 А из свинца? не тупите хлопцы!
есть в Библии и в еврейской Торе описание Ковчега Завета, и кое что произошедшее с ним. так вот он оказался типичным конденсатором. и легко заряжался в сухом климате Израиля, буквально до смертельного заряда. Его накрывали шелком. а стенки были оббиты золотыми пластинами. Это все по дереву. и работало.
Насчет сверх дорогого стекла. Блин, да не смешите мои тапочки. Вам что потребуется венецианское стекло? Можно самому сделать простейшее стекло для той электрической цели. песок и сода. Оно правда легко растворяется водой, но вы же для сосудов с водой его употребите а для изоляторов.

А-а-а, узнаю эпический персонаж с форума ateism.ru нескольколетней давности. Был там (или до сих пор есть - не знаю) такой персонаж - всё задвигал про ковчег-конденсатор да про поповские ризы, прошитые золотой ниткой, как костюмы для работы под высоком напряжением. Фрики такие фрики.

Кстати нубийцев легко и надежнее заменить простым ослом и мальчишкой надсмотрщиком.
Лейденские банки можно делать из обычных глиняных горшков. и стати из обожженной глины получатся прекрасные изоляторы.
Проволоку, раз уж понадобится, делать сложно, но кто сказал что нужно круглую? раскатать длинные полоски из того же свинца и все!
🙂

я не был на атеизме, не приписывайте мне чужих заслуг.
🙂
Я не утверждаю что ковчег завета был специально сделан как кондер. Просто таким получился. Деревянные стенки оббитые с двух сторон металлом (в том случае золотом) образуют конденсатор, вольно или невольно. Это я к тому в сухом климате Египта можно и так сделать. Где-то выше было упоминание про какой-то период царства Египетского.
А про поповские ризы… понятия не имею откуда они ноги имеют. а вот в индийском трактате про вимана и прочих. есть упоминание об особой обработке костюмов для пилотов рукма вимана (или что-то вроде этого). Я еще подумал что напоминает обработку одежды для противохимической защиты. Был в «гражданской обороне» такой пункт. как подготовить самому одежду на случай химической атаки. Вот когда я прочел про обработку у индийских переводчиков. то подумал что это что-то вроде «линор» средство антистатики. Что наталкивает на мысль о том что аппарат использовал очень высокое напряжение. Может был аналогом «лифтэра»? На ютубе есть кучка роликов про них.

Напоминаю, чтобы ковчег работал как конденсатор — то, во-первых, обкладки не должны замыкаться, а во-вторых обе должны быть выведены наружу. Мне как-то сомнительно, что оба пункта будут нечаянно соблюдены, потому как они почти взаимоисключающие.

Дайте угадаю. Вы недавно посмотрели «Воспоминания о будущем»?

Ну, значит, очень похож. Фрики вообще все похожи друг на друга.

насколько я понял. обкладки и не замыкались. и выводы были наружу. Дело в том что группа «развенчивателей мифов» занималась этим делом. строили копию по описанию в Торе. и получили положительный результат — ковчег действительно получился кондером. Что и подтверждает те древние записи о том что были убит носильщик и получили удары несколько других.

Генератор Ван де Граафа способен выдавать электростатические потенциалы в сотни тысяч вольт. Такие установки имеются во многих лабораториях и политехнических музеях, где их используют в самых различных опытах, связанных с электричеством. Правда, там используются генераторы высотой в два человеческих роста. Мы же попробуем построить компактную настольную установку.

Назван генератор по имени голландского физика Р. Дж. Ван де Граафа, который в 1931 году сконструировал его для своих опытов по электростатике. С той поры установки, сыплющие искрами, можно найти даже в школьном кабинете физики, и называются они иногда электрофорными машинами. Мы же с вами попробуем сделать своими руками примерно такой генератор, как его задумывал сам Ван де Грааф.

Для конструкции генератора Ван де Граафа потребуется:

пустая металлическая банка из-под газировки;
небольшой гвоздик;
кольцевая резинка шириной примерно 0,5 см и диаметром 8 - 10 см;
стеклянный электрический предохранитель размерами 5×20 мм;
электродвигатель постоянного тока (например, от игрушки);
зажим "крокодильчик";
держатель батареи;
чашка из пенополистирола или бумажный стаканчик;
клеящий термопистолет или тюбик клея для пластика;
два отрезка медного электрического провода;
два отрезка 3/4-дюймовой сантехнической трубы из ПВХ;
3/4-дюймовая муфта из ПВХ;
Т-образный 3/4-дюймовый сантехнический тройник из ПВХ;
изолента и деревянная подставка.

Может показаться, что установка сложна, но если вы посмотрите на иллюстрации, то увидите, что смонтировать ее можно всего за один вечер. Главное - припасти все необходимые детали.

Монтаж генератора

Монтаж начните с деревянного основания. К нему приклейте 5 - 7-сантиметровый отрезок пластиковой трубы диаметром 3/4 дюйма. На этом фундаменте и будет монтироваться ваш генератор с тем расчетом, чтобы в случае надобности его можно было легко снять, если, например, надо заменить в нем резиновую ленту или внести изменения в конструкцию.

В одно из колен сантехнического тройника вставляется электродвигатель. Поскольку моторчик, как правило, небольшого диаметра, то его надо обернуть бумагой или изолентой, чтобы корпус входил в трубу с некоторым усилием. На вал двигателя натяните кусочек пластиковой трубки соответствующего диаметра.

Далее, просверлите небольшое отверстие в боковой части Т-образной трубки. Через него введите внутрь конец многожильного провода, "разлохмаченного" в виде кисточки или щетки таким образом, чтобы, расположив его вблизи резиновой ленты, можно было снимать с нее электростатический заряд.

Закрепить провод на месте можно с помощью скотча или изоленты. Кольцевую резинку накиньте внизу на шкив, а оставшуюся часть вытащите наверх, как показано на иллюстрации.

Далее, отрежьте от 3/4-дюймовой сантехнической трубы цилиндр 5 - 7-сантиметровой длины. Его надо будет закрепить в верхней части Т-образного разъема, как показано на рисунке. Протяните резинку до самого верха и закрепите положение гвоздиком.

При этом надо иметь в виду, что длина трубы должна быть такой, чтобы резинка не была растянута слишком сильно. Иначе из-за повышенного трения двигатель будет работать с излишней нагрузкой.

Отрежьте от пенополистироловой чашки нижнюю часть высотой 1,5 - 2 см, переверните ее вверх дном и вырежьте в дне отверстие с таким расчетом, чтобы оно плотно садилось на 3/4-дюймовую трубу.

Теперь просверлите три отверстия в верхней части муфты. Два из этих отверстий должны быть диаметрально противоположны друг другу, так чтобы через них прошел небольшой гвоздь, который будет выступать в качестве мостика для резинки. Третье отверстие расположено между двумя другими с таким расчетом, чтобы продетая в него проволочная кисточка-щетка, как и нижняя щетка, почти касалась резинки в натянутом состоянии.

Щетка вставляется в муфту, а сама муфта надевается на 3/4-дюймовую трубу, выше "воротника" из чашки. Резинка заправляется в муфту и удерживается на месте гвоздиком, как и раньше. Кстати, отдельные проводки "кисточки" надо скрутить почти по всей длине между собой, чтобы отдельные проводки не распались.

Теперь осталось поставить на место стеклянную трубочку. Проще всего взять ее от электрического предохранителя, какие используются в радиоприборах. Аккуратно нагрейте паяльником металлический колпачок на одном из концов предохранителя и снимите его плоскогубцами с трубки. Так же поступите с другим колпачком.

Затем вытащите конец гвоздика из одного отверстия в муфте и наденьте на него стеклянную трубку с таким расчетом, чтобы резинка оказалась на трубке. Снова введите гвоздь во второе отверстие.

Приклейте пенополистироловый "воротник" к трубе. Лучше всего сделать это с помощью термопистолета, так как клей при этом быстро застывает и не растворяет пластмассу.

Но, в принципе, то же самое можно сделать и при помощи иного подходящего клея для пластика.

Теперь вы готовы к установке алюминиевой банки. Она хороша для высокого напряжения потому, что имеет закругленные края, что минимизирует "коронный разряд". Остается лишь острым ножом аккуратно вырезать верхнюю крышку, загладить обрезанные края, например, с помощью отвертки и, перевернув банку вверх дном, насадить ее на полистироловый воротник, пропустив внутрь свободный конец верхней проволочной "кисточки"-щетки.

Последний шаг - подключение двигателя к батарейке с помощью проводов. При этом вольтаж питания должен соответствовать тому, на которое рассчитан взятый вами электромотор.

Если кисточки-щетки в верхней и нижней частях банки установлены правильно - очень близко к резинке, но не касаются ее, вы должны почувствовать легкий электрический укол, как только поднесете палец близко к алюминиевой банке.

Запуск и настройка генератора Ван де Граафа

Если вы не обнаружили признаков высокого электростатического напряжения при работающем двигателе (нет искр, банка не притягивает к себе бумажных полосок), то вам придется заняться наладкой генератора.

Для начала попробуйте другой тип резинки. Некоторые виды резины имеют некую проводимость, а потому и не могут дать высокого потенциала.

Убедитесь, что все детали установки чисты. Грязь и жир тоже могут сделать вашу установку неработающей.

Проверьте: надежно ли верхняя щетка контактирует с металлом банки. Некоторые банки имеют внутри пластиковое покрытие. Тогда лучше взять другую банку.

Проверьте, нет ли острых концов, выходящих за пределы установки. Они могут стать источником коронного разряда, и напряжение накапливаться не будет.

Убедитесь, что щетки не касаются самой резиновой ленты. Между ними должен быть некоторый зазор.

Схема генератора Ван де Граафа : 1 - вал электромотора; 2 - стеклянная трубка; 3 - гвоздик; 4 - проволочная щетка; 5 - сфера; 6 - резинка; 7 - проволочная щетка.

Проверьте правильность всего монтажа, сравнив то, что сделано нами, с принципиальной схемой установки.

После того как генератор налажен, посоветуйтесь с учителем физики, какие интересные опыты можно поставить с помощью сделанного вами генератора. Например, если навесить на алюминиевую банку при выключенном генераторе гроздь бумажных полосок, то по мере увеличения напряжения они образуют некий экзотический "букет".

А можно с помощью генератора Ван де Граафа попробовать получать электреты - вечные источники электрического напряжения, которые используются, например, в микроскопах.

Это генератор высокого напряжения, механизм работы его базируется на электризации движущейся диэлектрической ленты. Впервые был создан в 1929 г. в США физиком Робертом Ван де Граафом и давал разность потенциалов до 80 Квольт. В 1931 он же разработал устройства, вырабатывающее 1 млн, а два года спустя – 7 млн вольт.

Известно, что при трении разных материалов друг об друга можно получить электрический заряд, который притягивать всякие мелкие бумажки, пыль и даже отклонять струю воды. Например, используем канализационную ПВХ-трубу и носок, работает не хуже знаменитой эбонитовой палочки. Любое вещество состоит из положительно заряженных ядер атомов и отрицательно заряженных электронов, которые вращаются вокруг них. Обычно в веществе положительного и отрицательного заряда поровну, поэтому суммарный равен нулю, такое тело не заряжено. Но когда носок касается трубы, то электроны переходят с носка на нее, потому что электроны лучше притягиваются к её молекулам.

Трение – это способ привести в контакт как можно больше молекул, поэтому во время эксперимента лучше еще нажимать на носок силой. Но не все осознают, что таким простым способом достигается напряжение в 1000 В, чтобы убедиться в этом, рекомендовано проделать эксперимент в абсолютной темноте, например, заперевшись в комнате без окон. И пронаблюдать вспышки разрядов, возникающие при трении носка об трубу.

Генератор Ван де Граафа тоже получает заряд за счет соприкосновения двух материалов друг с другом, однако он умеет получать куда большее напряжение. При устроен он довольно просто. В нижней части генератора закреплен двигатель, он нужен, чтобы вращать специальную ленту, на оси двигателя нужно закрепить что-то, что при соприкосновении заряжать ленту. Перепробовали целую кучу материалов надевать на ось, а также несколько вариантов лент. В качестве ленты лучше всего работал медицинский бинт Мартенса, а на ось в итоге надели кусочки все той же ПВХ-трубы, которая хорошо притягивает электроны, заряжаясь отрицательно. А положительно зарядившаяся лента, вращаясь, несет свой заряд наверх, и он накапливаться на металлическом шаре все больше и больше. Если хочется, чтобы шар стал не плюсом, а минусом, просто просовываем свои пальцы в трубу, кожа при трении отдает электроны. Напряжение на шаре накапливается действительно большое, судя по размеру пробивающих молний 100000 В набирается. Крутые генераторы, созданные по технологии Ван де Граафа, умеют получать миллионы вольт и используют в физике, чтобы ускорять частицы до больших энергий.

Почему лента всегда только приносит заряд на шар, и никогда его оттуда не уносит? Чтобы ответить на вопрос, нужно разобраться в одном важном свойстве проводников, ведь шар в отличие от ленты специально сделан из металла, хорошо проводящего материала. Объяснение для обывателя, прошаренные чуваки сами прочитают про теорему Гаусса и экранировку.

Предположим, есть кусок металла, и внутрь него каким-то образом попал заряд, пусть это кучка отрицательных электронов, однако, если это металл, то не пройдет и доли секунды, как там уже не будет, потому что это кучка электронов, они все друг от друга отталкиваются. Быстро весь избыточный заряд окажется размазанным по внешней стенке металла очень-очень тонким слоем, т.е. всегда скапливается на внешней поверхности проводников. Поэтому лента и не может взять заряд с шара, внутри его просто нет. Это и есть основной принцип работы генератора изобретателя Ван де Граафа. Вся фишка в том, что подносим ленту изнутри шара, а не снаружи.

Шар сделали из двух салатниц, купленных в Икея. Внутри втулка из велосипеда, на которой держится, свободно вращаясь, лента. Заряд с ленты на шар попадает либо через втулку, либо с помощью дополнительного провода, поднесенного максимально близко к ленте. В конце он разделен на множество мелких острых проводников. Дело в том, что через воздух на острие намного лучше стекает заряд. Половник, в который бьет молния, заземлен через корпус самодельного генератора.

Генератор Ван де Граафа активно используется в различных лабораториях, а также его можно встретить в политехнических музеях и всех тех местах, где проводятся эксперименты с электричеством. Это устройство способно создавать электростатический ток мощностью в несколько тысяч вольт.
Такое название генератор получил в честь голландского физика Р. Дж. Ван де Граафа, которым в 1931 году была создана эта интересная машина. Сегодня подобные установки активно демонстрируются в школе на уроках физики, их называют электрофорными машинами. В этой статье речь пойдет о том, как своими руками можно сделать уменьшенную копию такого генератора из подручных материалов.

Материалы и инструменты для самоделки :

- маленький гвоздь;
- пустые алюминиевые банки от напитков;
- кольцевая резинка (около 0.5 см шириной и диаметром 8-10 см);
- маленький электрический моторчик (от игрушки, фена и т.п.);
- стеклянный предохранитель (размер 5x20 мм);
- «крокодильчик» (зажим);
- фиксатор для батареи;
- бумажный стаканчик или чашка из пенополистирола;
- тюбик клея для пластика или пистолет с горячим клеем;
- два куска медного провода;
- два куска сантехнической ПВХ трубы диаметром 3/4 дюйма;
- муфта из ПВХ на 3/4 дюйма;
- сантехнический тройник 3/4 дюйма;
- деревянная подставка и изолнета.

Процесс сборки генератора:

Шаг первый. Собираем корпус генератора
Корпус генератора состоит из ПВХ труб, в качестве основы используется деревянная подставка. Сперва нужно взять основание и приклеить к нему кусок пластиковой трубы длиной 5-7 см (диаметр используемых труб 3/4 дюйма). Далее на эту трубу надевается ПВХ сантехнический тройник. Благодаря такой конструкции устройство можно будет легко разобрать, если понадобится заменить резинку или провести какие-либо другие работы внутри.

Теперь можно устанавливать двигатель, он вставляется в отверстие тройника и располагается горизонтально. Если окажется, что диаметр моторчика будет слишком маленьким, его нужно обмотать изолентой, он должен входить в корпус тройника с некоторым усилием. Чтобы вал двигателя мог взаимодействовать с резинкой, на него нужно надеть кусочек трубочки. Подойдет ампула гелиевой ручки или лучше всего мягкий резиновый кембрик от провода, это будет обеспечивать отличное сцепление с лентой.

После установки двигателя нужно взять дрель и просверлить напротив вала двигателя небольшое отверстие. Затем в него нужно вставить кусок многожильного провода, разлохмаченного на конце. Он будет снимать с ленты электрический заряд. Провод можно закрепить с помощью горячего клея или скотча. Теперь осталось только надеть на вал двигателя резинку и вытащить другой ее конец через верхнюю часть. После этого можно переходить к следующему этапу.

Шаг второй. Делаем вторую ось
Теперь нужно взять еще один кусок ПВХ трубы и отрезать от него кусок в 5-7 сантиметров, он будет вставляться в верхнюю часть тройника. Длина этого куска трубы должна быть такой, чтобы резинка не была слишком сильно натянута, иначе она не сможет вращаться. Но лента и не должна сильно провисать. После того как будет достигнута определенная длина, резинку можно временно зафиксировать вверху гвоздем.

Далее нужно взять полистироловый стаканчик и сделать в ее нижней части отверстие 3/4 дюйма. Стаканчик надевается на трубку донышком вверх, труба должна заходить в него плотно. Он нужен для того, чтобы на заключительном этапе установить алюминиевую банку.

После установки стаканчика в верхней части трубы нужно просверлить три отверстия. Два нужно для того, чтобы вставить второй вал, а третье для установки контакта. В качестве вала используется гвоздь, на который надевается кусочек стеклянной трубочки. При вращении она имеет самое маленькое трение. Такую трубочку автор сделал из стеклянного предохранителя. Чтобы снять металлические колпачки, их нужно сперва нагреть паяльником, а потом осторожно стащить плоскогубцами.

Ну а далее останется подключить вторую щетку, как и в первом случае нужно расправить щетину на проводе и сделать так, чтобы он находился от ленты на минимальном расстоянии, но не касался ее. Провод фиксируется скотчем или клеем.

Опять же, чтобы система проще разбиралась, можно сделать верхнюю часть съемной, используя муфту для пластиковой трубы. Как это сделать, можно увидеть на фото.

Шаг третий. Заключительный процесс сборки
На этом этапе конструкция будет собрана полностью. Сперва нужно зафиксировать стаканчик, для этого можно использовать горячий клей или специальный клей для пластика.

После этого можно устанавливать алюминиевую банку, для этого в верхней ее части нужно вырезать отверстие, подходящее по диаметру к стаканчику. Банка должна плотно сесть на него.

Благодаря закругленным краям, такая банка отлично подходит для работы с высоким напряжением, поскольку минимизируется «коронный разряд». Также нужно не забыть пропустить внутрь банки свободный конец провода от верхней щетки.

Ну а теперь остается лишь подключить систему к источнику питания, это может быть или батарея или же любой другой источник питания подходящего напряжения. Если конструкция собрана верно, к банке должны притягиваться кусочки бумаги, а на ощупь разряд тока чувствуется как легкое покалывание. Если этих явления не наблюдается, то возможно где-то допущена ошибка. Можно попробовать использовать другую резинку и проверить зазор контактов между ней.

В различных областях науки и техники используются ускорители заряженных частиц — электронов, протонов, ионов. Такие ускорители могут быть построены на различных принципах. В том числе, на электростатическом принципе. Одним из типов генераторов, построенных на таком принципе, является генератор Ван де Граафа. В этом приборе, который был изобретен в 1929 году профессором Массачусетского университета Ван де Граафом, использовался принцип создания поля сверхвысокого напряжения путем электризации ленты из диэлектрика, которая передвигается с помощью двигателя.

Конструкция и принцип действия

Конструкция генератора бывает вертикальной и горизонтальной. Наиболее распространенной является установка с вертикальным расположением.
В состав такого генератора входят:

бесконечная диэлектрическая резиновая или шелковая лента, двигающаяся со скоростью 20-40 м/c на 2-х вращающихся шкивах;
2 шкива. Нижний шкив выполнен из металла и вращается электродвигателем, а верхний шкив изготовлен из диэлектрика, например, акрилового стекла;
полый металлический электрод в виде полусферы, внутри которого находится верхний шкив. Этот электрод укреплен на изоляторе;
источник высокого напряжения.

Нижний шкив заземлен. На электрод, находящийся вблизи этого шкива, подается высокое напряжение. На небольшом расстоянии от верхнего и нижнего шкивов установлены электроды, выполненные в виде щетки или гребенки. Верхний электрод соединен с полой полусферой.

Принцип работы прибора

Под воздействием высокого напряжения в воздушном слое, находящимся между нижним щеточным электродом и нижним шкивом, образуются положительно заряженные ионы. Эти ионы притягиваются к металлическому шкиву, оседают на диэлектрической ленте и транспортируются к полому полусферическому электроду. С помощью верхнего щеточного электрода эти ионы снимаются с ленты и попадают на поверхность сферического электрода. С течением времени происходит накапливание заряда и повышение потенциала этого электрода относительно земли.

Максимальная величина получаемого напряжения определяется напряжением разряда, возникающего вокруг сферического электрода в результате ионизации окружающего электрод воздуха. При увеличении диаметра сферы это напряжение возрастает.

Для его увеличения в установках с относительно небольшой сферой прибор помещают в герметический корпус, который наполняется под давлением в 20 атмосфер газами с большой электрической прочностью. К таким газам относятся азот, фреон и другие газы. Такой корпус, выполненный из изоляционных материалов, служит также для обеспечения безопасности людей.

Тандемный генератор

Тандемный генератор состоит из 2-х каскадов. В таком генераторе создаются отрицательные ионы, которые летят в сторону находящегося под высоким положительным потенциалом электрода, находящегося в середине заполненного газом сосуда. Проходя через находящийся внутри электрода канал, отрицательные ионы, имеющие энергию в 10 МэВ, отдают свои электроны и превращаются в положительные ионы. Далее пучок этих положительных электронов перемещается в сторону электрода, имеющего нулевой потенциал. Таким образом, можно получить пучок протонов с удвоенной энергией.

Использование

Генераторы Ван де Граафа часто применяются в исследованиях атома и в медицине.

В первом случае они используются для проведения ядерных реакций и для ввода частиц в ускорители. Такие установки есть в большинстве ядерных лабораторий, в которых исследователи имеют дело с частицами малых и средних энергий.
В таких ускорителях под воздействием создаваемого генератором напряжения происходит формирование и ускорение пучков частиц.

Во втором случае генераторы применяются для лучевой терапии и исследований. При этом пучки частиц ударяются в мишень и создают жесткое излучение.

Кроме того, такие генераторы могут быть использованы в качестве учебных пособий для демонстрации явлений электростатики, а также для исследования грозовых разрядов и ударов молнии.

Технические характеристики

1-й генератор данного типа вырабатывал напряжение в 80 кВ. В дальнейшем изобретатель получил напряжения в 1 МВ и 7МВ. При этом напряжение первичного источника было 50 кВ.

Современные установки позволяют получить с помощью этого генератора напряжения в 20 миллионов вольт. Для этого используются тандемные установки. При этом ток в пучках может достичь нескольких мА, а энергия частиц – 40-50 МэВ.

Для получения частиц с большей энергией используются более мощные установки – циклотроны, коллайдеры.

Наиболее мощный генератор Ван де Граафа был использован в английской лаборатории Daresbury, в которой с 1983 по 1993 годы проводились ядерные эксперименты. В установке был использован тандемный генератор, развивающий напряжение в 20 МВ. Этот генератор располагался в здании высотой в 70 м. Важнейшим открытием, выполненным с помощью этой установки, было открытие супердеформированных ядер.

До войны в Советском Союзе был также построен большой генератор такого типа. На 2-х фарфоровых изоляторах были установлены металлические шары диаметром в 5 м. Напряжение между шарами достигало 15 МВ. При разряде появлялись молнии размеров в 15 м. При этом время заряда достигало 10 минут, а средняя мощность установки была менее 100 Вт.

Генераторы для опытов и образования

Генераторы Ван де Граафа могут быть использованы для проведения опытов в области физики и электростатики. При этом большое количество генераторов имеется в продаже. Также в Интернете приведено много разных схем и конструкций для самостоятельного изготовления генератора.

Примером такого устройства является генератор, производимый немецкой компанией 3B Scientific GmbH. Цена такого прибора 104076 руб.

Основные характеристики прибора:

создаваемое напряжение около 100 кВ;
ток короткого замыкания-15 мкА;
питание двигателя от сети переменного тока;
мощность потребления -13 ВА;
размеры -240х120х620 мм;
размеры шара – диаметр 90 мм, высота 420 мм;
вес генератора -5,8 кг.

При работе с данным прибором необходимо выполнять ряд требований по технике безопасности:

Данный прибор может представлять опасность для близко стоящих к прибору людей, у которых вживлен кардиостимулятор.
Компьютерам и другим электронным приборам он может создавать ВЧ помехи.
Нельзя использовать прибор во влажных помещениях.
Нельзя прикасаться к цепям прибора.
Включать прибор можно только в сетевую розетку, имеющую заземление.
При замене предохранителя необходимо обязательно отключать прибор от сети.

Подготовка и включение прибора:

Перед включением генератора снять сферу, подняв ее вверх.
Очистить поверхность шкивов. При необходимости вымыть их и просушить феном.
Установить ленту в шкивы.
Поставить сферу на место.
Заземлить металлическую пластину и электрод.
Включить двигатель и выбрать необходимую скорость.
Для проверки заряда путем получения искры медленно передвигать ленту к металлической сфере.
В случае влажности просушить прибор феном.

Достоинства и недостатки

Достоинством генераторов Ван де Граафа состоят в том, что с их помощью можно получить пучки заряженных частиц, у которых имеются следующие качества:

непрерывность;
высокая интенсивность;
отличная стабильность по энергии. Эта характеристика пучка достигает величины 0,01%;
малая расходимость (менее тысячной доли радиана).

Недостатки генераторов:

ограничения по величине получаемых напряжений и энергии частиц;
повышенные требования к пробойному напряжению колонны и ленты;
трудности измерения сверхвысоких напряжений;
наличие вращающихся частей, уменьшающих надежность устройства.

Категории

Популярное