Jedan od zanimljivih visokonaponskih uređaja je Van de Graaffov generator, uređaj koji stvara veliku razliku potencijala zbog elektrifikacije dielektrične trake koja se kreće duž dva valjka. Maksimalni napon varira ovisno o veličini uređaja i može se kretati od nekoliko desetaka kilovolti za male stacionarne generatore do milijuna volti za velike uređaje koji se mogu koristiti u znanstvene i demonstracijske svrhe. Uz pomoć Van de Graaff generatora moguće je izvesti mnoge spektakularne pokuse, na primjer, promatrati kako mali konfeti lete prema gore od utjecaja električnih sila ili se čovjeku kosa diže na glavi ako je tijelo povezan na određeni način s iskrištem. Za sastavljanje generatora nećete trebati nikakve posebne dijelove - sve se može naći kod kuće ili kupiti u najbližoj trgovini hardverom. Opći krug generatora prikazan je u nastavku.
Izrada Van de Graaff generatora vlastitim rukama
Strukturno, generator je cijev s dielektričnom trakom koja se okreće unutar nje. Dva valjka, na vrhu i dnu cijevi, osiguravaju potrebnu napetost trake, donji valjak je također pogon i spojen je na osovinu motora, koja će vrtjeti traku. U gornjem dijelu cijevi pričvršćena je masivna metalna kugla koja će služiti kao akumulator naboja. Oblik kugle je najprikladniji za tu svrhu, jer nema oštrih izbočina, pa će se naboj najučinkovitije akumulirati: oštre izbočine mogu dovesti do pojave koronskog pražnjenja kroz koje teče akumulirani naboj. Da biste napravili jednostavan kućni generator, možete upotrijebiti veliku tavu kao kuglu, instalirajući je naopako; hemostatski steznik iz ljekarne idealan je kao traka; valjci se mogu izrezati, na primjer, od drva, polistirenske pjene ili može rastaviti valjak za boju. Kanalizacijska cijev promjera 10-11 cm savršena je kao cijev za kućište.Remen se može pokretati pomoću odvijača ako ima velike brzine ili pomoću raznih prilično snažnih motora iz igračaka ili radio-kontroliranih modela. Montaža počinje pronalaženjem odgovarajućih komponenti.
Kada koristite kanalizacijsku cijev promjera 11 cm, optimalna visina konstrukcije bit će oko 1 metar. Cijela konstrukcija bit će postavljena na postolje izrađeno od dasaka.
Kao motor za rotaciju remena koristim pogonsku jedinicu iz radio upravljanog helikoptera, a to je par motora koji zajednički vrte veliki zupčanik, tvoreći tako mjenjač koji spušta brzinu na željenu razinu i povećava moment. Gonjeni zupčanik je pričvršćen na zatik M4, koji prolazi kroz cijelu cijev na dnu, au budućnosti će se na njega pričvrstiti osovina s valjkom. Kao što je praksa pokazala, dovoljan je jedan helikopterski motor - unatoč velikoj veličini, takvi motori imaju pristojnu snagu i lako vrte cijelu traku unutar kućišta.
Motori su pritisnuti odozgo metalnom trakom, a poravnanje svih zupčanika je unaprijed uspostavljeno. Za napajanje motora u Van de Graaff generatoru poželjno je koristiti baterijske izvore energije koji nisu ni na koji način povezani s mrežom, čak ni preko transformatorske galvanske izolacije.
Gornje slike prikazuju donji valjak. Uspjeli su ga izrezati iz dva komada izolacije penoplexa, dajući mu oblik bačve. Imajte na umu da oblik treba biti u obliku bačve, s blagim glatkim zadebljanjem u sredini - ako je osovina potpuno glatka, traka će s vremena na vrijeme iskočiti. Materijal valjaka igra značajnu ulogu u konstrukciji generatora - dno bi trebalo biti metalno, a gornje plastično. U tom slučaju nije potrebno donju osovinu učiniti potpuno metalnom, dovoljno ju je odozgo pokriti vodljivom folijom, koja također mora biti električno povezana s osovinom na kojoj se nalazi valjak.
Uzeo sam gotov gornji valjak od valjka za bojanje; savršeno odgovara obliku i veličini.Valjak, sličan donjem, postavlja se na klin M4 koji se postavlja u utore na gornjem dijelu cijevi, što se vidi na slici ispod.
Hemostatski steznik prodaje se u gotovo svakoj ljekarni, ima potrebna svojstva za prijenos naboja, a također je prilično elastičan. Kupljeni podvezak treba oprati od talka, osušiti, a zatim izrezati na potrebnu duljinu s malom marginom. Kako bi se traka pojasa pretvorila u zatvoreni krug, krajevi se jednostavno mogu zalijepiti super ljepilom s preklapanjem od 2-3 cm; pokazalo se da je čvrstoća takve veze više nego dovoljna.
Sljedeći dio generatora su četke, kroz koje će se naboj "nanijeti" na vrpcu i "odvoditi" iz nje u gornju metalnu kuglu. Preporučam izradu četkica od komada višežilnog kabela, koji je izložen od izolacije, ispuhan i zalemljen na ploče od tekstolita. Treba napraviti dvije takve četke, jednu za donji valjak i jednu za gornji. Donja četka spojit će se na donji valjak i spojiti na masu, a gornja četka spojit će se na metalnu kuglu. Fotografija ispod prikazuje gotove četke.
Četke se postavljaju neposredno uz valjke na vrhu i dnu, udaljenost od trake do krajeva četkica treba biti što manja, ali ih traka ne smije dodirivati. Ispod možete vidjeti instalirane četke na vrhu, odnosno na dnu.
Sada ostaje samo napraviti nosače na kojima će stajati gornja kugla - u mom slučaju za nju je pronađen pristupačniji analog u obliku obrnute posude. Komad žice koji strši iznad razine nosača povezan je s četkom; osigurat će njegov kontakt s kuglom.
U donjem dijelu konstrukcije istim komadom žice uzemljenjem se osigurava kontakt između osovine, valjka i utora.Imajte na umu da je za rad generatora potrebno dobro uzemljenje.
Sfera je postavljena posljednja, a generator je sada spreman za pokretanje. Kada je uključen, razlika potencijala će se pojaviti između tla (donjeg valjka) i gornje sfere. Povećat će se sve dok se ne dogodi električni slom u zraku ili cijevi, ili dok brzina rasta naboja ne premaši brzinu njegovog "odvodnjavanja" iz kugle zbog koronskih pražnjenja. Učinkovitost generatora jako ovisi o vlažnosti zraka - što je zrak vlažniji, to su gubici zbog koronskog pražnjenja veći, a samim tim se može postići niži napon. Brzinu nakupljanja naboja možete povećati povećanjem brzine rotacije remena, pri čemu će se povećati i maksimalni napon generatora. Da biste ispraznili sferu, trebali biste joj približiti uzemljeni metalni predmet. Ako ovaj predmet ima oštre rubove, naboj će glatko teći u obliku koronskog pražnjenja, što se može vidjeti samo u potpunom mraku. Ako objekt ima glatke linije, tada kada se približi određenoj udaljenosti sferi, dogodit će se električni slom zraka uz prilično glasan zvuk i bljesak. Prilikom eksperimentiranja s generatorom, trebali biste biti oprezni, unatoč činjenici da ima izuzetno malu snagu, naponski impulsi od stotina kilovolti mogu naštetiti zdravlju.
