Một trong những thiết bị điện áp cao thú vị là máy phát điện Van de Graaff, một thiết bị tạo ra hiệu điện thế cao do điện khí hóa một băng điện môi di chuyển dọc theo hai con lăn. Điện áp tối đa thay đổi tùy thuộc vào quy mô của thiết bị và có thể dao động từ vài chục kilovolt đối với máy phát điện để bàn nhỏ đến hàng triệu volt đối với các thiết bị lớn có thể được sử dụng cho mục đích khoa học và trình diễn. Với sự hỗ trợ của máy phát điện Van de Graaff, người ta có thể thực hiện nhiều thí nghiệm ngoạn mục, chẳng hạn như quan sát cách những bông hoa giấy nhỏ bay lên dưới tác dụng của lực điện hoặc tóc của một người dựng đứng “cuối cùng” nếu cơ thể của một người được kết nối theo một cách nhất định với một khoảng cách tia lửa. Để lắp ráp máy phát điện, bạn sẽ không cần bất kỳ bộ phận cụ thể nào - mọi thứ đều có thể tìm thấy ở nhà hoặc mua ở các cửa hàng phần cứng gần nhất. Mạch chung của máy phát điện được hiển thị dưới đây.
Làm máy phát điện Van de Graaff bằng chính đôi tay của bạn
Về mặt cấu trúc, máy phát điện là một ống có băng điện môi quay bên trong. Hai con lăn ở phía trên và phía dưới ống cung cấp độ căng cần thiết cho băng; con lăn phía dưới cũng là một bộ truyền động và được nối với trục động cơ để quay băng. Một quả cầu kim loại lớn được cố định ở phần trên của đường ống, nó sẽ đóng vai trò là bộ tích điện. Hình dạng của một quả cầu là phù hợp nhất cho mục đích này, vì nó không có bất kỳ phần nhô ra sắc nét nào, và do đó điện tích sẽ tích lũy hiệu quả nhất: những phần nhô ra sắc nét có thể dẫn đến sự xuất hiện của sự phóng điện vầng quang qua đó điện tích tích lũy chảy qua. Để làm một máy phát điện gia đình đơn giản, bạn có thể sử dụng một cái chảo lớn như một quả cầu, lắp nó lộn ngược; một dây garô cầm máu từ hiệu thuốc là lý tưởng như một cuộn băng; con lăn có thể được cắt, ví dụ, từ gỗ, bọt polystyrene, hoặc bạn có thể tháo rời một con lăn sơn. Ống cống có đường kính 10-11 cm là hoàn hảo làm ống nhà ở, dây đai có thể được dẫn động bằng tuốc nơ vít nếu tốc độ cao hoặc sử dụng nhiều động cơ khá mạnh từ đồ chơi hoặc mô hình điều khiển bằng sóng vô tuyến. Quá trình lắp ráp bắt đầu bằng việc tìm kiếm các thành phần phù hợp.
Khi sử dụng ống thoát nước có đường kính 11 cm, chiều cao tối ưu của công trình sẽ vào khoảng 1 mét. Toàn bộ cấu trúc sẽ được lắp đặt trên một giá đỡ làm từ ván phế liệu.
Là một động cơ để quay dây đai, tôi sử dụng bộ truyền động từ máy bay trực thăng điều khiển bằng sóng vô tuyến, là một cặp động cơ cùng quay một bánh răng lớn, từ đó tạo thành hộp số giúp giảm tốc độ xuống mức mong muốn và tăng mô-men xoắn. Bánh răng dẫn động được gắn vào một chốt M4, đi qua toàn bộ đường ống ở phía dưới, trong tương lai, một trục có con lăn sẽ được gắn vào đó. Như thực tế đã chỉ ra, một động cơ máy bay trực thăng là đủ - mặc dù kích thước lớn nhưng những động cơ như vậy có công suất khá và dễ dàng quay toàn bộ băng bên trong vỏ.
Các động cơ được ép từ phía trên bằng một dải kim loại và sự căn chỉnh của tất cả các bánh răng được thiết lập trước. Tốt nhất nên sử dụng các nguồn năng lượng pin không được kết nối với mạng theo bất kỳ cách nào, thậm chí thông qua cách ly điện máy biến áp, để cấp nguồn cho động cơ trong máy phát Van de Graaff.
Những hình ảnh trên cho thấy con lăn phía dưới. Họ đã khắc được nó từ hai miếng cách nhiệt penoplex, tạo cho nó hình dạng thùng. Xin lưu ý rằng hình dạng phải có hình thùng, với một chút dày mịn ở giữa - nếu trục hoàn toàn nhẵn, băng sẽ thỉnh thoảng bong ra. Vật liệu của con lăn đóng một vai trò quan trọng trong cấu tạo của máy phát điện - mặt dưới phải là kim loại và mặt trên phải là nhựa. Trong trường hợp này, không nhất thiết phải làm trục dưới hoàn toàn bằng kim loại, chỉ cần phủ một lớp lá dẫn điện lên trên là đủ, lá này cũng phải được nối điện với trục mà con lăn đặt trên đó.
Tôi lấy con lăn trên cùng làm sẵn từ con lăn sơn, nó hoàn toàn phù hợp về hình dạng và kích thước.Con lăn, tương tự như con lăn phía dưới, được lắp trên một chốt M4, được lắp vào các rãnh ở phần trên của ống, có thể thấy trong ảnh bên dưới.
Dây garô cầm máu được bán ở hầu hết các hiệu thuốc, nó có các đặc tính cần thiết để truyền điện tích và cũng khá đàn hồi. Dây garô đã mua phải được rửa sạch khỏi bột talc, sấy khô và sau đó cắt theo chiều dài cần thiết với một lề nhỏ. Để biến băng của dây nịt thành một vòng tròn khép kín, các đầu có thể được dán lại với nhau bằng keo siêu dính với độ chồng lên nhau 2-3 cm; độ bền của kết nối như vậy hóa ra là quá đủ.
Bộ phận tiếp theo của máy phát điện là các chổi than, qua đó điện tích sẽ được “áp” vào băng và “rút” từ nó vào quả cầu kim loại phía trên. Tôi khuyên bạn nên làm bàn chải từ một đoạn cáp nhiều lõi, lộ ra khỏi lớp cách điện, được cuộn lại và hàn vào các tấm textolite. Bạn nên làm hai chiếc cọ như vậy, một chiếc dành cho con lăn phía dưới và một chiếc dành cho con lăn phía trên. Bàn chải phía dưới sẽ kết nối với con lăn phía dưới và được nối với mặt đất, còn bàn chải phía trên sẽ được kết nối với quả cầu kim loại. Bức ảnh dưới đây cho thấy những chiếc cọ đã hoàn thành.
Bàn chải được lắp trực tiếp bên cạnh các con lăn ở trên và dưới, khoảng cách từ băng đến đầu chổi phải càng nhỏ càng tốt nhưng băng không được chạm vào chúng. Dưới đây bạn có thể thấy các cọ vẽ được cài đặt tương ứng ở trên cùng và dưới cùng.
Bây giờ tất cả những gì còn lại là tạo ra các giá đỡ mà quả cầu phía trên sẽ đứng - trong trường hợp của tôi, một chất tương tự dễ tiếp cận hơn đã được tìm thấy cho nó ở dạng một cái chảo ngược. Một đoạn dây nhô ra phía trên mức giá đỡ được nối với bàn chải, nó sẽ đảm bảo sự tiếp xúc của nó với quả cầu.
Ở phần dưới của kết cấu, sử dụng cùng một đoạn dây, sự tiếp xúc giữa trục, con lăn và rãnh được đảm bảo bằng nối đất.Xin lưu ý rằng cần phải nối đất tốt để máy phát điện hoạt động.
Quả cầu được lắp đặt lần cuối và máy phát điện hiện đã sẵn sàng khởi động. Khi bật lên, sẽ xảy ra sự chênh lệch điện thế giữa mặt đất (con lăn phía dưới) và quả cầu phía trên. Nó sẽ tăng lên cho đến khi xảy ra sự cố điện trong không khí hoặc đường ống, hoặc cho đến khi tốc độ tăng điện tích vượt quá tốc độ “rút cạn” của nó khỏi quả cầu do phóng điện hào quang. Hiệu suất của máy phát điện phụ thuộc rất nhiều vào độ ẩm không khí - không khí càng ẩm thì tổn thất do phóng điện vầng quang càng nhiều và do đó, có thể đạt được điện áp thấp hơn. Bạn có thể tăng tốc độ tích tụ điện bằng cách tăng tốc độ quay của dây đai, đồng thời điện áp tối đa của máy phát cũng sẽ tăng. Để phóng điện quả cầu, bạn nên đưa một vật kim loại nối đất lại gần nó. Nếu vật thể này có cạnh sắc, điện tích sẽ chảy trơn tru dưới dạng phóng điện vầng hào quang, hiện tượng này chỉ có thể nhìn thấy được trong bóng tối hoàn toàn. Nếu vật thể có các đường nhẵn thì khi nó tiến đến một khoảng cách nhất định với quả cầu, sự cố điện trong không khí sẽ xảy ra kèm theo âm thanh khá lớn và đèn flash. Khi thử nghiệm với máy phát điện, bạn nên cẩn thận, dù nó có công suất cực thấp nhưng xung điện áp hàng trăm kilovolt có thể gây hại cho sức khỏe.
