อุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูงที่น่าสนใจอย่างหนึ่งคือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า Van de Graaff ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่สร้างความต่างศักย์สูงเนื่องจากการใช้ไฟฟ้าของเทปอิเล็กทริกที่เคลื่อนที่ไปตามลูกกลิ้งสองตัว แรงดันไฟฟ้าสูงสุดจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับขนาดของอุปกรณ์ และอาจมีตั้งแต่ไม่กี่สิบกิโลโวลต์สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบตั้งโต๊ะขนาดเล็ก ไปจนถึงหลายล้านโวลต์สำหรับอุปกรณ์ขนาดใหญ่ที่สามารถใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางวิทยาศาสตร์และการสาธิต ด้วยความช่วยเหลือของเครื่องกำเนิด Van de Graaff คุณสามารถทำการทดลองที่น่าทึ่งมากมายได้ ตัวอย่างเช่น การสังเกตว่าลูกปาขนาดเล็กลอยขึ้นจากอิทธิพลของแรงไฟฟ้าหรือเส้นผมของบุคคลตั้งขึ้น "ที่ปลาย" หากร่างกายของบุคคลนั้น เชื่อมต่อกับช่องว่างประกายไฟในทางใดทางหนึ่ง ในการประกอบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าคุณไม่จำเป็นต้องมีชิ้นส่วนเฉพาะใด ๆ - ทุกอย่างสามารถพบได้ที่บ้านหรือซื้อที่ร้านฮาร์ดแวร์ที่ใกล้ที่สุด วงจรทั่วไปของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแสดงไว้ด้านล่าง
สร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้า Van de Graaff ด้วยมือของคุณเอง
โครงสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นท่อที่มีเทปอิเล็กทริกหมุนอยู่ข้างใน ลูกกลิ้งสองตัวที่ด้านบนและด้านล่างของท่อให้ความตึงที่จำเป็นของเทป ลูกกลิ้งด้านล่างยังเป็นตัวขับเคลื่อนและเชื่อมต่อกับเพลามอเตอร์ซึ่งจะหมุนเทป ทรงกลมโลหะขนาดใหญ่ได้รับการแก้ไขที่ส่วนบนของท่อซึ่งจะทำหน้าที่เป็นตัวสะสมประจุ รูปร่างของทรงกลมเหมาะที่สุดสำหรับจุดประสงค์นี้ เนื่องจากไม่มีส่วนที่ยื่นออกมาแหลมคม ดังนั้นประจุจึงสะสมได้อย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุด: ส่วนที่ยื่นออกมามีคมสามารถนำไปสู่การเกิดการปล่อยโคโรนาซึ่งประจุสะสมจะไหลผ่าน ในการสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่บ้านอย่างง่าย ๆ คุณสามารถใช้กระทะขนาดใหญ่เป็นทรงกลมโดยติดตั้งกลับหัว สายรัดห้ามเลือดจากร้านขายยาเหมาะอย่างยิ่งสำหรับเป็นเทป สามารถตัดลูกกลิ้งได้เช่นจากไม้โฟมโพลีสไตรีนหรือคุณ สามารถถอดประกอบลูกกลิ้งทาสีได้ ท่อระบายน้ำทิ้งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10-11 ซม. เหมาะสำหรับเป็นท่อที่อยู่อาศัยสายพานสามารถขับเคลื่อนได้โดยใช้ไขควงหากมีความเร็วสูงหรือใช้มอเตอร์ที่ทรงพลังพอสมควรจากของเล่นหรือโมเดลที่ควบคุมด้วยวิทยุ การประกอบเริ่มต้นด้วยการค้นหาส่วนประกอบที่เหมาะสม
เมื่อใช้ท่อระบายน้ำทิ้งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 11 ซม. ความสูงที่เหมาะสมของโครงสร้างจะอยู่ที่ประมาณ 1 เมตร โครงสร้างทั้งหมดจะถูกติดตั้งบนขาตั้งที่ทำจากเศษกระดาน
ในฐานะมอเตอร์สำหรับหมุนสายพาน ผมใช้ชุดขับเคลื่อนจากเฮลิคอปเตอร์ที่ควบคุมด้วยวิทยุ ซึ่งเป็นมอเตอร์คู่ที่ร่วมกันหมุนเฟืองขนาดใหญ่ ดังนั้นจึงสร้างกระปุกเกียร์ที่จะลดความเร็วลงสู่ระดับที่ต้องการและเพิ่มแรงบิด เกียร์ขับเคลื่อนนั้นติดอยู่กับพิน M4 ซึ่งไหลผ่านท่อทั้งหมดที่ด้านล่าง ในอนาคตจะติดเพลาที่มีลูกกลิ้งไว้ด้วย ตามที่แสดงในทางปฏิบัติ มอเตอร์เฮลิคอปเตอร์ตัวเดียวก็เพียงพอแล้ว - แม้จะมีขนาดใหญ่ แต่มอเตอร์ดังกล่าวก็มีกำลังที่เหมาะสมและหมุนเทปทั้งหมดภายในตัวเครื่องได้อย่างง่ายดาย
มอเตอร์ถูกกดจากด้านบนด้วยแถบโลหะ และการจัดตำแหน่งเกียร์ทั้งหมดก็ถูกกำหนดไว้ล่วงหน้าแล้ว ควรใช้แหล่งพลังงานแบตเตอรี่ที่ไม่ได้เชื่อมต่อกับเครือข่ายในทางใดทางหนึ่ง แม้ว่าจะผ่านการแยกกระแสไฟฟ้าของหม้อแปลงไฟฟ้าก็ตาม เพื่อจ่ายไฟให้เครื่องยนต์ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า Van de Graaff
ภาพด้านบนแสดงลูกกลิ้งด้านล่าง พวกเขาแกะสลักมันออกมาจากฉนวนเพนเพล็กซ์สองชิ้นจนกลายเป็นรูปทรงกระบอก โปรดทราบว่ารูปร่างควรเป็นรูปทรงกระบอก โดยมีความหนาเรียบเล็กน้อยตรงกลาง - หากก้านเรียบสนิท เทปจะหลุดออกเป็นระยะๆ วัสดุของลูกกลิ้งมีบทบาทสำคัญในการสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้า - ด้านล่างควรเป็นโลหะและด้านบนควรเป็นพลาสติก ในกรณีนี้ไม่จำเป็นต้องทำให้เพลาล่างเป็นโลหะทั้งหมดก็เพียงพอที่จะปิดด้านบนด้วยฟอยล์นำไฟฟ้าฟอยล์นี้จะต้องเชื่อมต่อทางไฟฟ้ากับเพลาที่ลูกกลิ้งตั้งอยู่
ฉันเอาลูกกลิ้งด้านบนที่ทำจากลูกกลิ้งทาสีซึ่งมีรูปร่างและขนาดพอดีลูกกลิ้งซึ่งคล้ายกับลูกกลิ้งด้านล่างถูกติดตั้งบนพิน M4 ซึ่งติดตั้งอยู่ในร่องที่ส่วนบนของท่อซึ่งสามารถเห็นได้ในภาพด้านล่าง
สายรัดห้ามเลือดมีจำหน่ายในร้านขายยาเกือบทุกแห่งซึ่งมีคุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับการถ่ายโอนประจุและยังค่อนข้างยืดหยุ่น สายรัดที่ซื้อมาควรล้างจากแป้งโรยตัว ตากให้แห้ง แล้วตัดตามความยาวที่ต้องการโดยเว้นระยะห่างเล็กน้อย เพื่อที่จะเปลี่ยนเทปของสายรัดให้เป็นวงกลมปิดคุณสามารถติดปลายเข้าด้วยกันด้วย superglue โดยเหลื่อมกัน 2-3 ซม. ความแข็งแกร่งของการเชื่อมต่อดังกล่าวมีมากเกินพอ
ส่วนถัดไปของเครื่องกำเนิดคือแปรงซึ่งประจุจะถูก "นำไปใช้" กับเทปและ "ระบาย" จากนั้นลงในทรงกลมโลหะด้านบน ฉันแนะนำให้ทำแปรงจากสายเคเบิลแบบมัลติคอร์ซึ่งเปิดออกจากฉนวน ขลิบขึ้นและบัดกรีบนแผ่นข้อความ คุณควรสร้างแปรงดังกล่าวสองอัน อันหนึ่งสำหรับลูกกลิ้งด้านล่างและอีกอันสำหรับอันบน แปรงด้านล่างจะเชื่อมต่อกับลูกกลิ้งด้านล่างและเชื่อมต่อกับกราวด์ และแปรงด้านบนจะเชื่อมต่อกับทรงกลมโลหะ ภาพด้านล่างแสดงแปรงที่ทำเสร็จแล้ว
แปรงถูกติดตั้งติดกับลูกกลิ้งที่ด้านบนและด้านล่างระยะห่างจากเทปถึงปลายแปรงควรมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แต่เทปไม่ควรสัมผัสกัน ด้านล่างคุณจะเห็นแปรงที่ติดตั้งอยู่ที่ด้านบนและด้านล่างตามลำดับ
ตอนนี้สิ่งที่เหลืออยู่คือสร้างส่วนรองรับที่ทรงกลมด้านบนจะยืน - ในกรณีของฉันพบอะนาล็อกที่เข้าถึงได้ง่ายกว่าในรูปแบบของกระทะแบบกลับด้าน ลวดชิ้นหนึ่งที่ยื่นออกมาเหนือระดับของส่วนรองรับนั้นเชื่อมต่อกับแปรงซึ่งจะช่วยให้มั่นใจได้ว่าจะได้สัมผัสกับทรงกลม
ในส่วนล่างของโครงสร้างโดยใช้ลวดชิ้นเดียวกัน มั่นใจได้ว่าจะมีการสัมผัสกันระหว่างเพลา ลูกกลิ้ง และช่องด้วยการต่อสายดินโปรดทราบว่าจำเป็นต้องมีการต่อสายดินที่ดีเพื่อให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงานได้
มีการติดตั้งทรงกลมครั้งสุดท้าย และตอนนี้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าก็พร้อมที่จะสตาร์ทแล้ว เมื่อเปิดเครื่อง ความต่างศักย์จะเกิดขึ้นระหว่างกราวด์ (ลูกกลิ้งล่าง) และทรงกลมด้านบน มันจะเพิ่มขึ้นจนกว่าไฟฟ้าจะพังในอากาศหรือท่อ หรือจนกว่าอัตราการเติบโตของประจุจะเกินอัตราการ “ระบาย” ออกจากทรงกลมเนื่องจากการปล่อยโคโรนา ประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขึ้นอยู่กับความชื้นในอากาศอย่างยิ่ง - ยิ่งอากาศชื้นมากเท่าไร ความสูญเสียอันเนื่องมาจากการปล่อยโคโรนาก็จะมากขึ้นเท่านั้น และด้วยเหตุนี้ จึงสามารถบรรลุแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำลงได้ คุณสามารถเพิ่มอัตราการสะสมประจุได้โดยเพิ่มความเร็วในการหมุนของสายพาน ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าสูงสุดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน เพื่อที่จะคายประจุทรงกลม คุณควรนำวัตถุโลหะที่มีสายกราวด์เข้ามาใกล้มากขึ้น หากวัตถุนี้มีขอบแหลมคม ประจุจะไหลอย่างราบรื่นในรูปของการปล่อยโคโรนา ซึ่งมองเห็นได้ในความมืดสนิทเท่านั้น หากวัตถุมีเส้นเรียบ เมื่อเข้าใกล้ทรงกลมในระยะหนึ่ง ไฟฟ้าสลายของอากาศจะเกิดขึ้นพร้อมกับเสียงและแสงวาบที่ค่อนข้างดัง เมื่อทดลองกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าคุณควรระวังแม้ว่าจะมีพลังงานต่ำมาก แต่พัลส์แรงดันไฟฟ้าหลายร้อยกิโลโวลต์อาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพได้
