Een van de interessante hoogspanningsapparaten is de Van de Graaff-generator, een apparaat dat een groot potentiaalverschil creëert door de elektrificatie van een diëlektrische band die langs twee rollen beweegt. De maximale spanning varieert afhankelijk van de schaal van het apparaat en kan variëren van enkele tientallen kilovolts voor kleine tafelgeneratoren tot miljoenen volts voor grote apparaten die kunnen worden gebruikt voor wetenschappelijke en demonstratiedoeleinden. Met behulp van een Van de Graaff-generator is het mogelijk om vele spectaculaire experimenten uit te voeren, bijvoorbeeld door te observeren hoe kleine confetti omhoog vliegen onder invloed van elektrische krachten of hoe het haar van een persoon “overeind” gaat staan als iemands lichaam op een bepaalde manier verbonden met een vonkbrug. Voor het monteren van de generator heeft u geen specifieke onderdelen nodig - alles is thuis te vinden of te koop bij de dichtstbijzijnde bouwmarkten. Het algemene circuit van de generator wordt hieronder weergegeven.
Een Van de Graaff-generator met uw eigen handen maken
Structureel gezien is de generator een pijp met daarin een diëlektrische tape die ronddraait. Twee rollen, aan de boven- en onderkant van de buis, zorgen voor de nodige spanning van de tape; de onderste rol is tevens een aandrijving en is verbonden met de motoras, die de tape gaat laten draaien. In het bovenste deel van de buis is een massieve metalen bol bevestigd, die zal dienen als ladingsaccumulator. De vorm van een bol is voor dit doel het meest geschikt, omdat deze geen scherpe uitsteeksels heeft en daarom de lading zich het meest efficiënt zal ophopen: scherpe uitsteeksels kunnen leiden tot het optreden van een corona-ontlading waardoor de opgehoopte lading stroomt. Om een eenvoudige thuisgenerator te maken, kunt u een grote pan als bol gebruiken en deze ondersteboven installeren; een hemostatische tourniquet van een apotheek is ideaal als tape; rollen kunnen bijvoorbeeld worden gesneden uit hout, polystyreenschuim of u kan een verfroller demonteren. Als behuizingsbuis is een rioolbuis met een diameter van 10-11 cm perfect.De riem kan worden aangedreven met een schroevendraaier als deze hoge snelheden heeft, of met behulp van verschillende redelijk krachtige motoren van speelgoed of radiografisch bestuurbare modellen. De montage begint met het vinden van geschikte componenten.
Bij gebruik van een rioolbuis met een diameter van 11 cm zal de optimale hoogte van de constructie ongeveer 1 meter zijn. De volledige constructie wordt geïnstalleerd op een standaard gemaakt van sloopplanken.
Als motor voor het draaien van de riem gebruik ik een aandrijfeenheid van een radiografisch bestuurbare helikopter, een paar motoren die gezamenlijk een groot tandwiel laten draaien, waardoor een versnellingsbak ontstaat die de snelheid naar het gewenste niveau verlaagt en het koppel verhoogt. Het aangedreven tandwiel is bevestigd aan een M4-pin, die onderaan door de hele buis gaat; in de toekomst zal er een as met een rol aan worden bevestigd. Zoals de praktijk heeft aangetoond, is één helikoptermotor voldoende - ondanks hun grote formaat hebben dergelijke motoren een behoorlijk vermogen en kunnen ze gemakkelijk de hele tape in de behuizing draaien.
De motoren worden van bovenaf met een metalen strip ingedrukt en de uitlijning van alle versnellingen is vooraf vastgesteld. Het verdient de voorkeur om batterijvoedingsbronnen te gebruiken die op geen enkele manier met het netwerk zijn verbonden, zelfs niet via galvanische transformatorisolatie, om de motor van een Van de Graaff-generator van stroom te voorzien.
De afbeeldingen hierboven tonen de onderste rol. Ze slaagden erin het uit twee stukken penoplex-isolatie te snijden, waardoor het een tonvorm kreeg. Houd er rekening mee dat de vorm tonvormig moet zijn, met een lichte gladde verdikking in het midden - als de schacht helemaal glad is, springt de tape er af en toe af. Het materiaal van de rollen speelt een belangrijke rol bij de constructie van de generator: de onderkant moet van metaal zijn en de bovenkant van plastic. In dit geval is het niet nodig om de onderste as geheel van metaal te maken; het is voldoende om deze bovenaan af te dekken met geleidende folie; deze folie moet ook elektrisch verbonden zijn met de as waarop de rol zit.
De bovenste roller heb ik kant-en-klaar van een verfroller gehaald; deze past qua vorm en maat perfect.De rol, vergelijkbaar met de onderste, is geïnstalleerd op een M4-pin, die is geïnstalleerd in groeven op het bovenste deel van de buis, zoals te zien op de onderstaande foto.
Een hemostatische tourniquet wordt in bijna elke apotheek verkocht, heeft de nodige eigenschappen voor het overbrengen van een lading en is ook behoorlijk elastisch. De gekochte tourniquet moet uit talk worden gewassen, gedroogd en vervolgens met een kleine marge op de gewenste lengte worden gesneden. Om de tape van het harnas in een gesloten cirkel te veranderen, kunnen de uiteinden eenvoudig aan elkaar worden gelijmd met superlijm met een overlap van 2-3 cm; de sterkte van een dergelijke verbinding bleek meer dan voldoende.
Het volgende deel van de generator zijn de borstels, waardoor de lading op de tape wordt "aangebracht" en daaruit "wegvloeit" naar de bovenste metalen bol. Ik raad aan om de borstels te maken van een stuk meeraderige kabel, dat blootligt aan de isolatie, op te pluizen en op textolietplaten te solderen. Je moet twee van dergelijke borstels maken, één voor de onderste rol en één voor de bovenste. De onderste borstel wordt verbonden met de onderste rol en verbonden met aarde, en de bovenste borstel wordt verbonden met de metalen bol. De onderstaande foto toont de voltooide penselen.
De borstels worden direct naast de rollen aan de boven- en onderkant geïnstalleerd; de afstand van de tape tot de uiteinden van de borstels moet zo klein mogelijk zijn, maar de tape mag ze niet raken. Hieronder ziet u respectievelijk de geïnstalleerde borstels aan de boven- en onderkant.
Nu hoeft u alleen nog maar de steunen te maken waarop de bovenste bol zal staan - in mijn geval werd er een meer toegankelijke analoog voor gevonden in de vorm van een omgekeerde pan. Een stuk draad dat boven het niveau van de steunen uitsteekt, is verbonden met de borstel en zorgt voor contact met de bol.
In het onderste deel van de constructie wordt met behulp van hetzelfde stuk draad het contact tussen de as, de rol en de gleuf verzekerd met aarding.Houd er rekening mee dat een goede aarding vereist is om de generator te laten werken.
De bol wordt als laatste geïnstalleerd en de generator is nu klaar om te starten. Wanneer ingeschakeld, ontstaat er een potentiaalverschil tussen de grond (onderste rol) en de bovenste bol. Deze zal toenemen totdat er een elektrische storing optreedt in de lucht of de pijpleiding, of totdat de snelheid van de ladingsgroei groter is dan de snelheid waarmee de lading uit de bol ‘draineert’ als gevolg van corona-ontladingen. Het rendement van de generator is sterk afhankelijk van de luchtvochtigheid: hoe vochtiger de lucht, hoe meer verliezen als gevolg van corona-ontlading en dus hoe lager de spanning kan worden bereikt. Je kunt de snelheid waarmee de lading wordt opgebouwd vergroten door de rotatiesnelheid van de band te verhogen, terwijl ook de maximale spanning van de generator toeneemt. Om de bol te ontladen, moet u een geaard metalen voorwerp dichterbij brengen. Als dit object scherpe randen heeft, zal de lading soepel stromen in de vorm van een corona-ontlading, die alleen in volledige duisternis te zien is. Als het object vloeiende lijnen heeft, zal er, wanneer het een bepaalde afstand tot de bol nadert, een elektrische storing van de lucht optreden met een nogal hard geluid en flits. Wanneer u met de generator experimenteert, moet u voorzichtig zijn, ondanks het feit dat deze een extreem laag vermogen heeft, kunnen spanningspulsen van honderden kilovolt schade aan de gezondheid veroorzaken.
