Jedným zo zaujímavých vysokonapäťových zariadení je Van de Graaffov generátor, zariadenie, ktoré vytvára vysoký potenciálový rozdiel vďaka elektrifikácii dielektrickej pásky pohybujúcej sa po dvoch valcoch. Maximálne napätie sa líši v závislosti od veľkosti zariadenia a môže sa pohybovať od niekoľkých desiatok kilovoltov pre malé stolné generátory až po milióny voltov pre veľké zariadenia, ktoré možno použiť na vedecké a demonštračné účely. S pomocou Van de Graaffovho generátora je možné vykonávať mnoho veľkolepých experimentov, napríklad pozorovať, ako malé konfety vyletia nahor vplyvom elektrických síl alebo keď sa človeku postavia vlasy „na hlavu“, ak je telo človeka. spojené určitým spôsobom s iskriskom. Na zostavenie generátora nebudete potrebovať žiadne špecifické diely - všetko môžete nájsť doma alebo zakúpiť v najbližšom železiarstve. Všeobecný obvod generátora je uvedený nižšie.
Výroba Van de Graaffovho generátora vlastnými rukami
Štrukturálne je generátor rúrka s dielektrickou páskou, ktorá sa v nej otáča. Dva valčeky v hornej a spodnej časti potrubia zabezpečujú potrebné napnutie pásky, spodný valec je zároveň pohonom a je spojený s hriadeľom motora, ktorý pásku roztáča. V hornej časti potrubia je upevnená masívna kovová guľa, ktorá bude slúžiť ako akumulátor náboja. Na tento účel je najvhodnejší tvar gule, pretože nemá žiadne ostré výstupky, a preto sa náboj bude hromadiť najefektívnejšie: ostré výstupky môžu viesť k výskytu korónového výboja, ktorým nahromadený náboj preteká. Na výrobu jednoduchého domáceho generátora môžete použiť veľkú panvicu ako guľu, ktorú nainštalujete hore nohami, hemostatický turniket z lekárne je ideálny ako páska, valčeky je možné narezať napríklad z dreva, polystyrénu alebo vie rozobrať maliarsky valček. Kanalizačná rúra s priemerom 10-11 cm sa perfektne hodí ako puzdrová rúra.Remeň je možné poháňať skrutkovačom, ak má vysoké otáčky, alebo pomocou rôznych pomerne silných motorov z hračiek alebo rádiom riadených modelov. Montáž začína hľadaním vhodných komponentov.
Pri použití kanalizačného potrubia s priemerom 11 cm bude optimálna výška konštrukcie asi 1 meter. Celá konštrukcia bude inštalovaná na stojane z odpadových dosiek.
Ako motor na otáčanie remeňa používam pohonnú jednotku z rádiom riadeného vrtuľníka, čo je dvojica motorov, ktoré spoločne otáčajú veľké ozubené koleso, čím tvoria prevodovku, ktorá znižuje otáčky na požadovanú úroveň a zvyšuje krútiaci moment. Hnané ozubené koleso je pripevnené na čap M4, ktorý zospodu prechádza celým potrubím, v budúcnosti bude naň pripevnený hriadeľ s valčekom. Ako ukázala prax, stačí jeden motor vrtuľníka - napriek svojej veľkej veľkosti majú takéto motory slušný výkon a ľahko roztočia celú pásku vo vnútri krytu.
Motory sú stlačené zhora kovovým pásom a súososť všetkých prevodov je vopred stanovená. Na napájanie motora vo Van de Graaffovom generátore je vhodnejšie použiť batériové zdroje energie, ktoré nie sú žiadnym spôsobom pripojené k sieti, dokonca ani cez galvanické oddelenie transformátora.
Vyššie uvedené obrázky zobrazujú spodný valec. Podarilo sa im ho vyrezať z dvoch kusov penoplexovej izolácie, čím získali sudovitý tvar. Upozorňujeme, že tvar by mal byť súdkovitý, s miernym hladkým zhrubnutím v strede - ak je driek úplne hladký, páska každú chvíľu odskočí. Materiál valčekov hrá významnú úlohu pri konštrukcii generátora - spodná časť by mala byť kovová a horná časť by mala byť plastová. Spodný hriadeľ v tomto prípade nie je potrebné vyrábať celokovový, stačí ho zvrchu prekryť vodivou fóliou, táto fólia musí byť tiež elektricky spojená s hriadeľom, na ktorom sedí valec.
Vrchný valček som zobral hotový z maliarskeho valčeka, perfektne sedí tvarom aj veľkosťou.Valček, podobne ako spodný, je inštalovaný na čape M4, ktorý je inštalovaný v drážkach v hornej časti potrubia, čo je vidieť na fotografii nižšie.
Hemostatický turniket sa predáva takmer v každej lekárni, má potrebné vlastnosti na prenos náboja a je tiež dosť elastický. Zakúpený turniket by sa mal umyť z mastenca, vysušiť a potom narezať na požadovanú dĺžku s malým okrajom. Aby sa páska postroja zmenila na uzavretý kruh, konce sa dajú jednoducho zlepiť pomocou superglue s presahom 2-3 cm, pevnosť takéhoto spojenia sa ukázala byť viac ako dostatočná.
Ďalšou časťou generátora sú kefy, cez ktoré sa bude náboj „nanášať“ na pásku a „odtekať“ z nej do hornej kovovej gule. Kefy odporúčam vyrobiť z kusu viacžilového kábla, ktorý sa odizoluje od izolácie, načechrá a prispájkuje na textolitové platne. Mali by ste vyrobiť dva takéto štetce, jeden pre spodný valec a jeden pre horný. Spodná kefa sa pripojí k spodnému valcu a pripojí sa k zemi a horná kefa sa pripojí ku kovovej guli. Na fotografii nižšie sú zobrazené hotové kefy.
Kefy sa inštalujú priamo vedľa valcov hore a dole, vzdialenosť od pásky ku koncom kief by mala byť čo najmenšia, ale páska by sa ich nemala dotýkať. Nižšie môžete vidieť nainštalované kefy v hornej a dolnej časti.
Teraz zostáva len vyrobiť podpery, na ktorých bude stáť horná guľa - v mojom prípade sa pre ňu našiel dostupnejší analóg vo forme obrátenej panvice. Ku kefke sa pripojí kus drôtu vyčnievajúci nad úrovňou podpier, ktorý zabezpečí jej kontakt s guľou.
V spodnej časti konštrukcie je pomocou rovnakého kusu drôtu zabezpečený kontakt medzi hriadeľom, valčekom a drážkou s uzemnením.Upozorňujeme, že na fungovanie generátora je potrebné dobré uzemnenie.
Guľa je nainštalovaná ako posledná a generátor je teraz pripravený na spustenie. Po zapnutí vznikne potenciálny rozdiel medzi zemou (spodný valec) a hornou guľou. Bude sa zvyšovať, kým nedôjde k elektrickému prerušeniu vo vzduchu alebo potrubí, alebo kým rýchlosť rastu náboja neprekročí rýchlosť jeho „odvádzania“ z gule v dôsledku korónových výbojov. Účinnosť generátora silne závisí od vlhkosti vzduchu - čím je vzduch vlhkejší, tým viac strát v dôsledku korónového výboja, a teda možno dosiahnuť nižšie napätie. Rýchlosť hromadenia náboja môžete zvýšiť zvýšením rýchlosti otáčania pásu, pričom sa zvýši aj maximálne napätie generátora. Aby ste guľu vybili, mali by ste k nej priblížiť uzemnený kovový predmet. Ak má tento predmet ostré hrany, náboj bude plynulo prúdiť vo forme korónového výboja, ktorý je vidieť len v úplnej tme. Ak má objekt hladké čiary, potom keď sa priblíži k určitej vzdialenosti ku gule, dôjde k elektrickému rozpadu vzduchu s pomerne hlasným zvukom a zábleskom. Pri experimentovaní s generátorom by ste mali byť opatrní, napriek tomu, že má extrémne nízky výkon, napäťové impulzy v stovkách kilovoltov môžu spôsobiť poškodenie zdravia.
