גנרטורים אלקטרוסטטיים - מכשיר, עקרון הפעולה והיישום
מטען חשמלי - התופעה שבה מתבטלים שני מטענים מנוגדים בגודל שווה. אם שני גופים, טעונים בחוזקה במטען חשמלי הפוך, נמצאים במרחק קרוב זה מזה, אז ניצוץ קופץ ביניהם ונשמע צליל קפיצה קצר.
כוח הפעולה של גוף טעון חשמלי על אחר, שהמטען שלו נלקח כיחידה, נקרא פוטנציאל. ההבדל בפוטנציאל הוא המתח.
דרכים ראשונות להשיג מטענים חשמליים ושדות אלקטרוסטטיים מורכבים מחיכוך של חומרים שונים (פרווה, צמר, משי, עור וחומרים אחרים נגד זכוכית, שרף, גוּמִי וכו.). יחד עם זאת, המתחים והמטענים היו קטנים ביותר. אינדוקציה והצטברות מטענים על ידי העברה מכנית אפשרו עלייה קלה במתחים שנוצרו.
לאחר מכן, על מנת להשיג מתחים גבוהים, נוצרו מכונות הפועלות ברציפות עם דיסקים מסתובבים המבוססים על עקרון ההדרכה האלקטרוסטטית (אינדוקציה).עם זאת, מכונות אלו לא אפשרו להשיג הספק גבוה ומצאו יישום בעיקר כמכשירים במשרדי הפיזיקה של מוסדות חינוך.
חשמול גופים ואינדוקציה אלקטרוסטטית
המסר לגוף המטענים החשמליים נקרא חִשׁמוּל… מתואר במאמר חשמול גופים ואינטראקציה של מטענים תהליך היווצרות של יונים חיוביים ושליליים נותן מושג על תהליך החשמול של גופים: הוא מורכב מהעברת אלקטרונים מגוף אחד למשנהו.
כך המטען החשמלי של הגוף נקבע לפי העודף או החסר בגוף. אלקטרונים... ניתן לחשמל גוף בדרכים שונות, אשר חיכוך, מגע, כיוון, העברת מטען הם טכניים.
התהליך ההפוך - שחזור המצב הנייטרלי של הגוף (נטרול) - מורכב ממתן מספר חסר של אלקטרונים או הוצאת עודף מהם ממנו.
במהלך חשמול על ידי חיכוך, אם לא מועברים מטענים נוספים לאף אחד מהגופים המתקשרים מבחוץ, שני הגופים נטענים באותה כמות חשמל של סימנים שונים. כאשר גופים מחוברים, המטענים שלהם מנוטרלים לחלוטין.
כך לא נוצרים או מושמדים מטענים, אלא רק מועברים מגוף אחד למשנהו. זה משכנע אותנו בקיומו של חוק שימור מטענים חשמליים, למשל חוק שימור האנרגיה.
חשמל סטטי - מטען חשמלי במנוחה. מתרחש כתוצאה מחיכוך בין שני לא מוליכים או לא מוליך ומתכת (למשל רצועות הנעה מנוע), אך לא בהכרח גופים מוצקים.
חשמל סטטי יכול לנבוע גם מחיכוך של נוזלים או גזים מסוימים. אנשים עם עור יבש מאוד צוברים מטענים חשמליים. בזמן תנועה (שפשוף הסיבים על העור) נוצר מטען חשמלי סטטי משמעותי בבד, הבד נצמד לגוף ומונע תנועה.
חשמל סטטי הופך למסוכן בסביבות דליקות ונפיצות שבהן ניצוץ בודד יכול להצית מסה שלמה. במקרה זה, יש צורך לשחרר מיד את המטען הסטטי לאדמה או לאוויר באמצעות מכשיר מתכתי כלשהו שניתן להגביר את מוליכותו על ידי לחות או הקרנה.
אינדוקציה אלקטרוסטטית - הופעת מטענים חשמליים על החוט בהשפעת מטענים אחרים הממוקמים ליד החוט (חשמל גוף מרחוק).
בפעולת מטען חיצוני, מושרה (נוצר) מטען בקצה הקרוב ביותר של המוליך, שסימנו מנוגד לסימן המטען הפועל מבחוץ, ובקצהו הרחוק של המוליך, א. תשלום של אותו שלט. במקרה זה, שני המטענים האינדוקטיביים שווים בגודלם, כלומר, האינדוקציה גורמת רק להפרדה של מטענים על החוט, אך אינה משנה את סך המטען על החוט (שכן סכום המטענים המושרים הוא אפס).
גודל המטענים המושרים ומיקומם נקבעים על ידי התנאי שלא יהיה שדה אלקטרוסטטי בתוך המוליך. לכן, המטענים המושרים ממוקמים כך שהשדה החשמלי שהם יוצרים פשוט הורס את השדה בתוך החוט שנוצר על ידי המטען האינדוקטיבי.
דוגמה לאינדוקציה אלקטרוסטטית: באלקטרוסקופ לא טעון שני המטענים החשמליים, חיוביים ושליליים, נמצאים בכמויות שוות ולכן האלקטרוסקופ אינו מחושמל.
אם מוט זכוכית בעל מטען חיובי מתקרב אליו, אז האלקטרונים החופשיים יימשכו אליו בו זמנית והמטען החיובי של האלקטרוסקופ יידחה בו זמנית.
המטען השלילי מרוכז קרוב יותר למוט הזכוכית, מחובר אליו, בעוד המטען החיובי נדחה ולכן ממוקם בצד האחורי של האלקטרוסקופ - הוא חופשי.
האלקטרוסקופ מחושמל כעת. עם זאת, מצב זה אינו ממושך. כדאי להסיר את מוט הזכוכית, מכיוון שהפרדת המטען לחיובי ושלילי מופרת, המצב הנייטרלי של האלקטרוסקופ משוחזר והעלים שלו חוזרים למיקומם המקורי.
אלקטרוסקופ - מכשיר שבאמצעותו ניתן לקבוע באיזה מטען הגוף מחושמל. הוא מורכב ממוט מתכת עם כדור או צלחת בקצה העליון ושני יריעות מתכת תלויות חופשיות בתחתית. פעולת האלקטרוסקופ מבוססת על העיקרון: גופים בעלי אותו שם דוחים זה את זה (ראה - עקרון הפעולה של האלקטרוסקופ).
אינדוקציה אלקטרוסטטית היא אחד הגורמים ל ברק בטבע, - הביטוי החזק והמסוכן ביותר של חשמל סטטי אטמוספרי.
בָּרָק זוהי פריקה של חשמל אטמוספרי בין חלקים בודדים של הענן, עננים בודדים, הענן וכדור הארץ, מכדור הארץ לענן. במילים אחרות, ניתן להגדיר ברק כזרם חשמלי לזמן קצר, ניצוץ חשמלי המשווה את הפוטנציאלים החשמליים.
35 שאלות נפוצות על סופות רעמים וברקים
גנרטור אלקטרוסטטי ואן דה גראף
למטרות מדעיות וטכניות (למשל בפיזיקה גרעינית, רדיוביולוגיה, טיפול בקרני רנטגן, בדיקות חומרים, זיהוי פגמים וכו'), יש צורך במכשירים שיכולים לייצר מתחים של כמה מיליוני וולט.
מכשירים כאלה הם גנרטורים אלקטרוסטטיים מתקדמים מבחינה טכנית עם מתח ישיר גבוה. המפורסם שבהם הוא מחולל ואן דה גראף, שנוצר ב-1829 על ידי פיזיקאי אמריקאי רוברט ואן דה גראף (1901 - 1967).
מחולל ואן דה גראף (1933) במתח של 7 מגה וולט
הגנרטור הוא כדור מתכת חלול המותקן על עמוד חלול גבוה של חומר בידוד. מידות הכדור וגובה העמוד נקבעים על פי גבול המתח הנדרש של הגנרטור (לדוגמה, עבור גנרטור במתח של 5 MV, קוטר הכדור מגיע ל-5 מ'). בתוך העמוד נעה חגורה אינסופית של חומר בידוד (משי, גומי), המשמשת כמסוע להעברת מטענים לכדור.
כאשר אתה עולה למעלה, הרצועה עוברת בתחתית המכשיר על פני המברשת המחוברת לקוטב אחד של המקור זרם ישר מתח של כ-10,000 וולט (מיישר מתאים יכול לשמש כמקור זה). בתכנון הגנרטורים האלקטרוסטטיים הראשונים שלו, השתמש ואן דה גראף במכשיר עם צינור ואקום.
מכשיר מחולל אלקטרוסטטי ואן דה גראף
מקצות המברשת הזו, המטענים זורמים מטה אל החגורה, הנושאת אותם בתוך הכדור, ודרך המברשת השנייה הם עוברים אל המשטח החיצוני של הכדור.כדי לשפר את תהליך הזזת החלק הלא טעון של הסרט למטה, מעבירים את המטענים של הסימן הנגדי, בעזרת מברשות שמוסרות מהכדור הטעון.
עקב אינדוקציה אלקטרוסטטית, מופיע מטען שלילי על המברשת, אשר נישא על ידי הפריקה לחלק היורד של החגורה. מטען זה מועבר לאחר מכן למברשת ולרולר התחתון המוארק, שדרכו הוא נפלט לקרקע.
ככל שהקלטת ממשיכה לנוע, המטען על הכדור גדל עד שהוא מגיע לערך סף ידוע מראש שנקבע לפי קוטר הכדור והמרחק ממנו לאלקטרודה אחרת או לאדמה.
ככל שהקלטת ממשיכה לנוע, המטען על הכדור גדל עד שהוא מגיע לערך סף ידוע מראש שנקבע לפי קוטר הכדור והמרחק ממנו לאלקטרודה אחרת או לאדמה.
כדי להגביר את המתח, מותקנים שני מכשירים כאלה, שבהם הכדורים מקבלים מטענים של סימנים מנוגדים. כך, למשל, כדי להשיג מתח של 10 MV, נעשה שימוש בשני גנרטורים, הטעונים ביחס לאדמה ל-+5 MV ו- 5 MV ומותקנים במרחק כזה זה מזה שהאפשרות להתמוטטות במתח נמוך יותר. מאשר נתון כבוי.
נכון לעכשיו, ישנם מספר רב של דגמים שונים של גנרטורים אלקטרוסטטיים, כולל אלו שחוזרים על עיצוב ואן דה גראף. הם משמשים הן לניסויים פיזיים והן כאטרקציה להדגמות בידור ואקשן. חשמל סטטי.
זה מעניין: ננו-גנרטור אפקט טריבו-אלקטרי (TENG)