Penjana elektrostatik — peranti, prinsip operasi dan aplikasi
Caj elektrik — fenomena apabila dua caj bertentangan dengan magnitud yang sama dibatalkan. Jika dua jasad, yang bercas kuat dengan cas elektrik yang bertentangan, berada pada jarak yang dekat antara satu sama lain, maka percikan api melompat di antara mereka dan bunyi letupan pendek kedengaran.
Daya tindakan jasad bercas elektrik pada badan lain, yang casnya diambil sebagai satu unit, dipanggil potensi. Beza keupayaan ialah voltan.
Cara pertama untuk mendapatkan cas elektrik dan medan elektrostatik terdiri daripada geseran pelbagai bahan (bulu, bulu, sutera, kulit dan bahan lain terhadap kaca, damar, getah dan lain-lain.). Pada masa yang sama, voltan dan cas adalah sangat kecil. Aruhan dan pengumpulan cas melalui pemindahan mekanikal memungkinkan peningkatan sedikit dalam voltan yang terhasil.
Selepas itu, untuk mendapatkan voltan tinggi, mesin yang beroperasi secara berterusan dengan cakera berputar berdasarkan prinsip bimbingan elektrostatik (aruhan) telah dicipta.Walau bagaimanapun, mesin ini tidak memungkinkan untuk mendapatkan kuasa tinggi dan menemui aplikasi terutamanya sebagai peranti di pejabat fizik institusi pendidikan.
Elektrifikasi badan dan aruhan elektrostatik
Mesej kepada badan cas elektrik dipanggil elektrifikasi… Diterangkan dalam artikel Elektrifikasi badan dan interaksi cas proses pembentukan ion positif dan negatif memberikan gambaran tentang proses elektrifikasi jasad: ia terdiri daripada pemindahan elektron dari satu jasad ke jasad lain.
Oleh itu cas elektrik badan ditentukan oleh lebihan atau kekurangan dalam badan. elektron… Ia adalah mungkin untuk mengelektrik badan dalam pelbagai cara, yang mana geseran, sentuhan, arah, pemindahan cas adalah teknikal.
Proses sebaliknya — pemulihan keadaan neutral badan (peneutralan) — terdiri daripada memberinya bilangan elektron yang hilang atau mengeluarkan lebihan daripadanya daripadanya.
Semasa pengelektrikan melalui geseran, jika tiada caj tambahan dimaklumkan kepada salah satu badan yang menghubungi dari luar, kedua-dua badan dicaj dengan jumlah elektrik yang sama dengan tanda yang berbeza. Apabila badan disambungkan, casnya dinetralkan sepenuhnya.
Dengan cara ini, caj tidak dicipta atau dimusnahkan, tetapi hanya dipindahkan dari satu badan ke badan yang lain. Ini meyakinkan kita tentang kewujudan undang-undang pemuliharaan cas elektrik, contohnya hukum kekekalan tenaga.
Elektrik statik - cas elektrik semasa rehat. Berlaku akibat geseran antara dua bukan konduktor atau bukan konduktor dan logam (cth. tali pinggang pemacu motor), tetapi tidak semestinya badan pepejal.
Elektrik statik juga boleh timbul daripada geseran cecair atau gas tertentu. Orang yang mempunyai kulit yang sangat kering mengumpul cas elektrik. Semasa pergerakan (menggosok gentian pada kulit), cas elektrik statik yang ketara berlaku dalam fabrik, fabrik melekat pada badan dan menghalang pergerakan.
Elektrik statik menjadi berbahaya dalam persekitaran mudah terbakar dan meletup di mana satu percikan api boleh menyalakan keseluruhan jisim. Dalam kes ini, adalah perlu untuk segera melepaskan cas statik ke dalam tanah atau udara melalui beberapa peranti logam yang kekonduksian boleh ditingkatkan dengan pelembapan atau penyinaran.
Aruhan elektrostatik — penampilan cas elektrik pada wayar di bawah pengaruh cas lain yang terletak berhampiran wayar (elektrifikasi badan pada jarak).
Di bawah tindakan cas luar, cas teraruh (timbul) pada hujung terdekat konduktor, tandanya bertentangan dengan tanda cas yang bertindak dari luar, dan di hujung konduktor, a pertuduhan tanda yang sama. Dalam kes ini, kedua-dua caj induktif adalah sama dalam magnitud, iaitu, aruhan menyebabkan hanya pemisahan caj pada wayar, tetapi tidak mengubah jumlah caj pada wayar (kerana jumlah caj teraruh adalah sifar).
Magnitud cas teraruh dan lokasinya ditentukan oleh syarat bahawa tiada medan elektrostatik di dalam konduktor. Oleh itu, caj teraruh diletakkan supaya medan elektrik yang mereka cipta hanya memusnahkan medan di dalam wayar yang dicipta oleh caj induktif.
Contoh aruhan elektrostatik: dalam elektroskop yang tidak dicas kedua-dua cas elektrik, positif dan negatif, berada dalam jumlah yang sama dan oleh itu elektroskop tidak dielektrik.
Jika rod kaca dengan cas positif menghampirinya, maka elektron bebas secara serentak akan tertarik kepadanya dan cas positif elektroskop secara serentak ditolak.
Caj negatif tertumpu lebih dekat dengan rod kaca, disambungkan kepadanya, manakala cas positif ditolak dan oleh itu terletak di bahagian belakang elektroskop - ia adalah percuma.
Elektroskop kini telah dielektrik. Walau bagaimanapun, negeri ini tidak tahan lama. Adalah berbaloi untuk mengeluarkan batang kaca, kerana pemisahan cas kepada positif dan negatif dilanggar, keadaan neutral elektroskop dipulihkan dan daunnya kembali ke kedudukan asalnya.
Elektroskop — peranti yang boleh menentukan dengan cas apa badan itu dialirkan elektrik. Ia terdiri daripada batang logam dengan bola atau plat di hujung atas dan dua kepingan logam gantung bebas di bahagian bawah. Operasi elektroskop adalah berdasarkan prinsip: badan dengan nama yang sama menolak satu sama lain (Lihat — Prinsip operasi elektroskop).
Aruhan elektrostatik adalah salah satu punca kilat dalam alam semula jadi, — manifestasi paling berkuasa dan berbahaya bagi elektrik statik atmosfera.
kilat Ia adalah pelepasan tenaga elektrik atmosfera antara bahagian individu awan, awan individu, awan dan Bumi, dari Bumi ke awan. Dalam erti kata lain, kilat boleh ditakrifkan sebagai arus elektrik jangka pendek, percikan elektrik yang menyamakan potensi elektrik.
35 Soalan Lazim Mengenai Ribut Petir dan Kilat
Penjana elektrostatik Van de Graaf
Untuk tujuan saintifik dan teknikal (contohnya, dalam fizik nuklear, radiobiologi, terapi sinar-X, ujian bahan, pengesanan kecacatan, dll.), peranti yang boleh menjana voltan beberapa juta volt diperlukan.
Peranti sedemikian adalah penjana elektrostatik maju secara teknikal dengan voltan langsung yang tinggi. Yang paling terkenal ialah penjana Van de Graaf, yang dicipta pada tahun 1829 oleh seorang ahli fizik Amerika Robert van de Graaff (1901 - 1967).
Penjana Van de Graaf (1933) dengan voltan 7 megavolt
Penjana ialah bola berongga logam yang dipasang pada lajur berongga tinggi bahan penebat. Dimensi bola dan ketinggian lajur ditentukan oleh had voltan penjana yang diperlukan (contohnya, untuk penjana dengan voltan 5 MV, diameter bola mencapai 5 m). Tali pinggang bahan penebat (sutera, getah) yang tidak berkesudahan bergerak di dalam lajur, yang berfungsi sebagai penghantar untuk memindahkan caj ke sfera.
Semasa anda bergerak ke atas, jalur berjalan di bahagian bawah peranti melepasi berus yang disambungkan ke satu kutub sumber arus terus voltan kira-kira 10,000 V (penerus yang sesuai boleh berfungsi sebagai sumber ini). Dalam mereka bentuk penjana elektrostatik pertamanya, Van de Graaf menggunakan peranti dengan tiub vakum.
Peranti penjana elektrostatik Van de Graaff
Dari hujung berus ini, cas mengalir ke bawah ke tali pinggang, yang membawanya ke dalam bola, dan melalui berus kedua ia melepasi ke permukaan luar bola.Untuk meningkatkan proses menggerakkan bahagian pita yang tidak dicas ke bawah, caj tanda bertentangan dipindahkan, dengan bantuan berus dikeluarkan dari bola yang dikenakan.
Disebabkan oleh aruhan elektrostatik, caj negatif muncul pada berus, yang dibawa oleh pelepasan ke bahagian menurun tali pinggang. Caj ini kemudiannya dipindahkan ke berus dan roller bawah yang dibumikan, yang melaluinya ia dilepaskan ke tanah.
Apabila pita terus bergerak, cas pada bola meningkat sehingga ia mencapai nilai ambang yang telah ditetapkan yang ditentukan oleh diameter bola dan jarak darinya ke elektrod lain atau ke tanah.
Apabila pita terus bergerak, cas pada bola meningkat sehingga ia mencapai nilai ambang yang telah ditetapkan yang ditentukan oleh diameter bola dan jarak darinya ke elektrod lain atau ke tanah.
Untuk meningkatkan voltan, dua peranti sedemikian dipasang, di mana bola menerima caj tanda yang bertentangan. Jadi, sebagai contoh, untuk mendapatkan voltan 10 MV, dua penjana digunakan, dicas berkenaan dengan tanah kepada +5 MV dan -5 MV dan dipasang pada jarak sedemikian antara satu sama lain sehingga kemungkinan kerosakan pada voltan kurang. daripada yang diberikan Dimatikan.
Pada masa ini, terdapat sejumlah besar model penjana elektrostatik yang berbeza, termasuk yang mengulangi reka bentuk Van de Graaff. Ia digunakan untuk eksperimen fizikal dan sebagai tarikan untuk hiburan dan demonstrasi aksi. elektrik statik.
Ia menarik: Penjana nano kesan triboelektrik (TENG)