Van de Graaffův generátor

29. březen 2009 | 06.00 |

V roce 1931 získal patent americký fyzik Robert Jemison Van de Graaff na elektrostatické zařízení, kterým je možné nabíjet tělesa na velmi vysoké napětí. Tento stroj dostal podle něj název Van de Graaffův generátor. Princip takového zařízení byl znám dlouhou dobu před tím, než byl prakticky sestrojen.  Dnes většinou leží ve sbírkách fyzikálních kabinetů, ale má svůj praktický význam i při urychlování elektronů na vysoké rychlosti, při kterých se pak srážely s jinými částicemi. Stal se tak jedním z prvních urychlovačů částicové fyziky. Pokusy s tímto generátorem jsou vždy zajímavé, zábavné a plné dobrodružství.

Z generátoru nás upoutá masivní kovová koule, jejíž kapacita do značné míry určuje výkon celého generátoru. Na kouli se postupně hromadí elektrický náboj, který vytváří kolem koule silné elektrostatické pole. Přitom je napětí mezí koulí a zemí až 200 000 voltů. Náboj koule se však ionizací vzduchu vytrácí, proto je důležité jej neustále dodávat.

Náboj vzniká uvnitř generátoru při tření válečku a pohyblivého pásu, který transportuje třením uvolněné náboje na kouli. Pás je vyroben z pryže a váleček je vyroben z PVC. Vlivem tření získává pás kladný náboj, protože PVC má velkou schopnost zachycovat elektrony uvolněné při tření z pásu. Váleček pohání motorek, jehož otáčky můžeme regulovat. Dříve býval poháněn otáčením kliky rukou. Regulace otáček ovlivňuje rychlost dobíjení koule a tím také intenzitu elektrostatického pole. Náboj na pás zachytávají kartáčky, protože se na nich snadno hromadí elektrický náboj. Teoreticky by se mohl van de Graaffův generátor nabíjet stále, ale nečistoty prostředí (například v podobě prachu) limitují množství náboje vytvořené na kouli.

Nejznámějším pokusem s tímto elektrostatickým je držení koule generátoru rukami a přitom vstávání vlasů na hlavě. Jednotlivé vlasy se nabíjí souhlasnými náboji a tím se navzájem odpuzují.

Přiblížením zemnící tyče ke kouli běžícího generátoru, dojde v určité vzdálenosti  k ionizaci vzduchu za přeskoku jiskry. Jiskra je doprovázena zvukovým efektem.

Vložením zářivky do elektrostatického pole kolem koule začne zářivka světélkovat, přestože není připojena ke zdroji napětí. Na koncích zářivky jsou kovové elektrody, kde dochází k elektrostatické indukci a sršení náboje. Rtuťové páry uzavřené v trubici začnou vlivem sršení ionizovat.  Dostávají se na vyšší energetickou hladinu a při návratu do svého základní stavu vyzáří určité množství energie, které se pomocí luminoforu pokrývajícího vnitřní stěny trubice, mění na viditelné světlo.

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 2.5 (22x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře