Генератор Ван де Грааф

В началото на 30-те години на миналия век д-р Робърт Ван де Грааф, който по това време работи като изследовател в Масачузетския технологичен институт и се занимава с научни изследвания в областта на ядрената физика и ускорителната технология, разработва, проектира и скоро изгражда високо напрежение електростатичен ускорител, работещ на принципа на електрифициран въздушна йонна конвейерна лента (1933).

По-късно, през 1936 г., Ван дьо Грааф изгражда (всички на същия принцип) най-големия електростатичен генератор на постоянно напрежение в света - тандемният генератор Van de Graaff, състоящ се от две високи кули.

Вестниците от онова време нарекоха изобретението на доцента нищо повече от революционно, предсказаха му да „върши чудеса“ и „да открие тайните на природата“. Подобно силно раздвижване в пресата изобщо не е изненадващо, защото най-големият двустепенен генератор на ван дьо Грааф се състоеше от две огромни колони с диаметър почти 2 метра всяка и височина около 15 метра (с метални сфери с диаметър 4,5 метра, монтирани на върха на колоните, вътре която е била механично снабдена с електрически заряд) и е позволила да се получи потенциална разлика от 7 000 000 волта.

Въпреки ниската ефективност на устройството като цяло (около 23%), хората, които видяха прекрасно устройство по време на работа, направиха незаличимо впечатление, тъй като искровите разряди бяха с дължина повече от метър.

Мощността на генератора Ван де Грааф беше достатъчна за истинска изследователска работа - за ускоряване на атомните ядра, както и елементарни частици, като протони и електрони, до достатъчно високи скорости. Така генераторът на Ван де Грааф, използван в ускорители, помогна на учените да идентифицират съставните части на атомите, които са структурата на физическата вселена.

Казват, че идеята за принципа на работа на генератор с високо напрежение дошла при Ван де Грауф, когато той бил още ученик и наблюдавал искрите на статичното електричество от време на време, движещи се върху работеща печатница.

Принципът на работа на генератора е следният. Коприна или гумена лента (диелектрична лента) се опъва и се върти като конвейерна лента върху чифт ролки, едната от които е в основата на колоната, а втората вътре в кухината на проводящата сфера в горната част. Долната ролка е направена от метал и галванично свързана със земята, тя се задвижва от мотор. Горната ролка е диелектрична.

Метална четка, свързана с положителния извод на източника на високо напрежение, отрицателният извод на който е свързан директно към долния валяк, се подава към лентата отдолу, под долната ролка, с малка празнина.

И така, между долния валяк и четката се движи диелектрична лента (в истински генератор лентата има ширина около 120 см). Под действието на високо напрежение (около 20 000 волта) между ролката и четката въздухът между тях се йонизира и положителните въздушни йони, изтеглени от кулоновската сила, се втурват към отрицателно заредения валяк. Но тъй като в пътя на йоните има диелектрична лента, йоните се установяват върху лентата, зареждайки я по този начин.

Лентата се движи отдолу нагоре, под нея непрекъснато получава заряд, в същото време зарядът от нейната повърхност непрекъснато се приема близо до горния валяк, тъй като горният валяк вътре в сферата също има четка, разположена до него. Четката отстранява заряда от лентата и като е галванично свързана с вътрешната повърхност на кухата проводяща сфера, прехвърля заряда към него, все повече и повече електрифицира този сферичен контейнер по цялата му външна повърхност, по същество го изпомпва, изпомпва заряд в него.

Основната възможност за натрупване на заряд в капацитета на сферата на генератора ван дьо Грааф е ограничена от коронния заряд, който неизбежно възниква поради йонизация на въздуха, заобикалящ сферата. Теоретичната граница за сфера с диаметър 4,5 метра е приблизително 17 000 000 волта.

Американският учен Джеймс Стаки и доброволката Джуди Креден демонстрират способността на човешкото тяло да провежда електрически ток. Лекция в Ню Йорк, 1966г