Generator Van de Graaff

Generatorul Van de Graaff este un generator electrostatic capabil să acumuleze o cantitate considerabilă de sarcină electrică într-un conductor , creând între acesta și un electrod de referință, de obicei împământat , o tensiune foarte mare (care poate ajunge până la milioane de volți ).

Un generator Van de Graaff

Datorită simplității sale relative, este obișnuit în laboratoarele multor școli, dar are și aplicații practice, cum ar fi în fizica nucleară , unde diferența mare de potențial electric generată este utilizată pentru a accelera particulele încărcate electric .

Principiul de funcționare

Schema unui generator Van de Graaff:
1. sferă metalică goală cu sarcini pozitive;
2. electrod superior;
3. rolă superioară;
4. latura centurii cu sarcini pozitive;
5. latura centurii cu sarcini negative;
6. rolă inferioară;
7. electrod inferior;
8. dispozitiv sferic cu sarcini negative;
9. descărcare produsă de diferența de potențial generată între cele două sfere metalice.

Generatorul este alcătuit dintr-o bandă de material izolant ( cauciuc ) întinsă între două role și menținută în rotație de un motor. Panglica este încărcată prin inducție printr-o serie de puncte metalice ( puterea de dispersie a punctelor ) plasate în apropierea rolei inferioare și conectate la un generator de tensiune directă (de exemplu, o baterie).

Aceste sarcini sunt apoi transportate, prin acțiunea motorului care deplasează centura, în interiorul unui conductor sferic izolat, unde un al doilea pieptene metalic conectat electric la sferă le transferă la suprafața acestuia din urmă. Dacă mașina nu este oprită, procesul se oprește atunci când tensiunea din sferă este suficientă pentru a produce descărcări electrice prin izolatorii de susținere ( defecțiune dielectrică ) sau prin aerul înconjurător ( ionizarea aerului).

Experimentul tipic care se face în școli este de a aduce un conductor legat la pământ aproape de conductorul viu și de a observa descărcarea generată, într-un mod similar cu fulgerul .

Tensiunea de funcționare

La acest tip de generatoare se ating tensiuni proporționale cu raza electrodului de înaltă tensiune. O mașină cu un electrod de o rază de un metru poate atinge o tensiune maximă de $10^{6}$ ${\ displaystyle 10 ^ {6}}$ $10 ^ {6}$ V. Pentru a atinge această tensiune, cu toate acestea, electrodul trebuie să fie îndepărtat de orice alt obiect și că aerul este aproape lipsit de umiditate. Pentru a obține această caracteristică, după 1935, toate generatoarele au fost făcute închise într-un recipient cilindric din oțel conținând un gaz (aer dezumidificat sau heliu), la o presiune de 10-20 atm. Cu presiunea, de fapt, capacitatea gazului de a rezista la câmpuri electrice ridicate crește fără a provoca scântei. După 1940 s-au folosit alte gaze decât aerul (monoxid de carbon, freon, azot) și s-au creat generatoare cu tensiuni de la 1 MV până la 5,5 MV ( cu un container de 2,5 m diametru și 8 m înălțime ).

Acceleratoare tandem

Cea mai recentă dezvoltare a generatorului Van de Graaff a fost, începând din 1958, obiectivul fix, electrostatic, accelerator de tip tandem. Unii ioni negativi ( în general ioni de hidrogen cu doi electroni ) sunt emiși dintr-o sursă, colimați și așezați într-un tub de câțiva metri la capetele căruia se află un electrod împământat și un electrod cu potențial pozitiv produs de un generator Van de Graaff. Ionii negativi sunt astfel accelerați către electrodul de înaltă tensiune, unde un jet de hidrogen îi eliberează de electroni. Ionii pozitivi astfel obținuți sunt apoi accelerați în continuare către ținta fixă constituită de electrodul de masă. Potențialul maxim atins de un accelerator Van de Graaff este de 25,5 MV.

În cultura de masă

Un celebru grup britanic Progressive Rock se numește Van der Graaf Generator .
În jocul video de rol Fallout: New Vegas, familia care conduce piața armelor energetice se numește Van Graaff.
În filmul Sherlock Holmes , protagonistul folosește un generator Van der Graaff ca armă de apărare.
În romanul de știință-ficțiune Monday Begins Saturday (1965) al fraților Strugackij se explică faptul că „distilatorul de râs pentru copii”, un dispozitiv experimental dezvoltat în departamentul „Fericirea liniară” a ISSTEMS, este un dispozitiv foarte asemănător cu Van generator.de Graaff.