Pièces de générateur de van de graaff, comment cela fonctionne, applications

Il Générateur de van de Graaff Il s'agit d'un artefact qui fonctionne grâce aux phénomènes électrostatiques, et dont la fonction consiste à reproduire d'énormes potentiels électriques, dans l'ordre des méga-électronvolts (MEV), pour accélérer les particules subatomiques. De tels potentiels sont concentrés dans leurs parties supérieures, où les sphères métalliques et creuses reposent.

Il a été inventé en 1929 par le physicien américain Robert J. Van de Graaf, création de modèles de différentes tailles et capacités électriques. L'un des plus grands, créé en 1933 et observé dans l'image inférieure, est capable d'atteindre un potentiel électrique de 5MEV; Cinq fois moins que vous ne pouvez l'obtenir (25.5mev).

L'un des plus grands générateurs de van de Graaf jamais construits, situé au Boston Sciences Museum. Source: Beyond My Ken, CC By-SA 4.0, via Wikimedia Commons

C'est tellement le potentiel du générateur Van de Graaff, que dans l'air entourant ses sphères métalliques, il y a des décharges électriques. Ces décharges sont le produit du déséquilibre des charges électriques, car les sphères acquièrent des charges électriques très négatives ou très positives; Tout selon les matériaux et leurs conceptions.

Cet artefact est assez populaire dans l'enseignement de la physique et de l'électricité. En effet.

[TOC]

Pièces de générateur de van Graaff

Représentation simplifiée du fonctionnement d'un générateur de camionnettes Graff. Source: Dake, modifié par Gonfer00, CC BY-SA 2.5, via Wikimedia Commons

Dans l'image supérieure, nous avons les parties conventionnelles pour un générateur de van Graaff. Il a un cadre vertical surmonté d'une sphère creuse ou d'un dôme métallique (1). À l'intérieur, nous avons une bande ou une ceinture (4 et 5) en matériau polymère et isolant, comme le tube chirurgical.

Il peut vous servir: vitesse angulaire moyenne: définition et formules, exercices résolus

Cette ceinture se déplace constamment entre deux rouleaux: un supérieur (3) et un inférieur (6). De même, chaque rouleau a une brosse en métal annexée (2 et 7) qui touche la surface de la courroie. Le mouvement de la courroie est activé par un moteur électrique connecté à la base du générateur.

Comme on peut le voir dans l'image, la sphère du générateur est chargée positivement (+). Par conséquent, il a besoin d'électrons pour fournir un déséquilibre électrique. C'est ici que les électrons (-) qui quittent le générateur finissent négativement un appareil métallique à proximité (8); Pour enfin produire un choc électrique (9) en direction du dôme métallique.

Le choc électrique peut se produire soit dans le sens du dôme, soit en direction de l'appareil; Ce dernier se produit quand c'est le dôme qui est chargé négativement.

Comment fonctionne un générateur de camionnettes de gras?

Séries triboélectriques

Le générateur Van de Graaff peut être positivement ou négative. Le symbole de la charge dépendra de la nature triboélectrique des matériaux avec lesquels la ceinture et le revêtement du rouleau inférieur sont fabriqués.

Par exemple, si le rouleau inférieur est recouvert de nylon, mais étant la ceinture en caoutchouc, alors la série Triboelectric doit être vérifiée pour savoir quel matériau recevra et lequel fera don des électrons une fois qu'il sera en contact.

Ainsi, le nylon pour être plus positif, c'est-à-dire pour être plus haut dans la série Triboélectrique que le caoutchouc, puis il perdra des électrons tandis que le caoutchouc les gagnera. Par conséquent, la courroie finira par déplacer ou mobiliser des charges négatives lorsque le moteur du générateur est allumé.

Il peut vous servir: couper l'effort: comment est calculé et résolu

Entre-temps, si le rouleau inférieur est recouvert de silicone, l'inverse se produira: la ceinture perdra des électrons, car le silicone est plus négatif que le caoutchouc dans la série Triboelectric. Et par conséquent, la ceinture déplacera ou mobilisera des charges positives (comme dans l'image déjà décrite).

Déplacement de chargement

La triboélectricité n'est qu'un des nombreux phénomènes électriques (couronne et effets photoélectriques, seau de glace Faraday, champs électriques, etc.) qui se déroule dans le générateur Van de Graoff. Mais le point central est qu'il peut déplacer, mobiliser ou «pomper» des charges électriques au dôme métallique.

Une fois le rouleau inférieur chargé négativement après le fonctionnement du moteur, et la courroie positive, les électrons à rouleaux commencent à repousser ceux de la face extérieure de la ceinture. Ces électrons migrent, dans l'air, vers la brosse inférieure, où ils seront conduits vers la Terre ou un autre appareil.

La courroie de charge positive atteint le rouleau supérieur, qui a une nature triboélectrique opposée au rouleau inférieur; c'est-à-dire qu'au lieu de facturer négativement, il doit perdre des électrons et, par conséquent, charger également positivement. Ainsi, la charge positive se déplace vers le rouleau supérieur et, enfin, vers la brosse supérieure en contact direct avec le dôme métallique.

Les électrons de la brosse supérieure sont transportés vers le rouleau pour neutraliser les charges. Mais ces électrons viennent de la surface du dôme métallique. Par conséquent, le dôme acquiert également une charge positive.

Choc électrique

Le dôme, selon ses dimensions, atteindra un potentiel maximal. Après cela, les charges électriques doivent être équilibrées. Étant très positif, vous recevrez des électrons d'une source très négativement chargée: l'appareil qui reçoit les électrons de la brosse inférieure. Ainsi, il y a un choc électrique (étincelle) de l'appareil (négatif) au dôme métallique (positif).

Peut vous servir: Higroscopicity: concept, substances hygroscopiques, exemples

Plus les potentiels électriques sont élevés, proportionnels aux dimensions du générateur, plus les décharges électriques seront intenses. Notez que, s'ils n'étaient pas si grands, les électrons ne pouvaient pas voyager dans l'air, un milieu diélectrique non conducteur.

Applications

Enseignants

Les cheveux de cet homme sont chargés électriquement et se repoussent parce qu'ils ont la même charge que la sphère métallique du générateur. Source: Adam Engelhart via Flickr (https: // www.Flickr.com / Photos / Tellux / 537906436 / in / Photosstream /)

Si la sphère métallique est chargée positivement et que quelqu'un la touche, ses cheveux seront également chargés positivement. Des charges égales repoussent et, par conséquent, les cheveux se hérissent et se séparent les uns des autres. Ce phénomène est utilisé à des fins éducatives dans les cours où l'électrostatique est introduit.

Ainsi, les générateurs de van de Graaf de petites tailles sont utilisés pour capter l'attention des observateurs en ce qui concerne le broyage de leurs cheveux; ou dans la contemplation des décharges électriques, des répliques fidèles que nous voyons dans les films de science-fiction.

Accélérateur de particules

Lorsque le dôme concentre de nombreuses charges électriques, un potentiel est généré qui est capable d'accélérer les particules subatomiques. À cette fin, le générateur de van GRAAF est utilisé pour reproduire des rayons X dans les études médicinales et la physique nucléaire.

Les références

1. SERAY, R. POUR. Et Jewett, J. W. (2005). Physique pour la science et l'ingénierie. 2ieme volume. Septième édition. Éditorial Cengage Learning.
2. Wikipédia. (2020). Générateur de van de Graaff. Récupéré de: dans.Wikipédia.org
3. Académie magnétique. (17 juin 2019). Générateur de van de Graaff. Récupéré de: NationalMaglab.org
4. Université de Seattle. (2020). Électrostatique - bols en aluminium avec générateur Van de Graaf. Récupéré de: Seattleu.Édu
5. John Zavisa. (1er avril 2000). Comment fonctionnent les générateurs de van de graaff. Récupéré de: science.Workswork.com