تاریخچه و طرز کار مولد واندوگراف - ">
|
|
|
|
|
تاریخچه و طرز کار مولد واندوگراف |
تاریخچه و طرز کار مولد واندوگراف
قبل از ب حث درباره ساخت مولد واندوگراف ٬ لازم است ب حث مختصری راجع به تاریخچه
ساخت آن و همچنين طرز عملکرد این دستگاه داشته باشي م.
مولد واندوگراف در سال ۱۹۳۷ توسط فيزیکدان آمریکایی رابرت جميسو ن واندوگراف̏
اختراع ش د. این دستگ اه قادر است که ولتاژهای تا ۲۰ ميليون ولت ایجاد نماید و از آن
برای انرژی دادن و شتاب دادن به ذرات اتمی که احتياج به سرعت بالا برای نفوذ در
هسته اتمها دارند ٬استفاده می شود این برخوردها در اتمها ٬ پایه شناخت و اساس
فيزیک هست های و ذرات بنيادی می باش ن د.
دو نوع مولد واندوگراف وجود دارد که به شرح نوع معمول آن که از تسمه و غلتک در آن
استفاده م یشود ٬ می پردازیم .این نوع واندوگراف از یک موتور دو
غلتک ٬ یک تسمه و
دو شانه و یک گوی فلزی آلومينيمی یا نظير آن ساخته شده اس ت.
طرز کار
هنگامی که موتور روشن م یشود غلتک پایينی
( شار ژر ) در اثر مالش با تسمه بار مثبت یپدا می کند
و همين طور غلتک بالایی ( با توجه به نوع ماده اش
و قدرت الکترون دهی یا الکترون گيری ) بار منفی
یپدا می کند و با چرخش مداوم تسمه مقدار این بارها
تا حدی افزایش می یابد .غلتک پایينی که دارای بار
مثبت است به دو طریق بارهای منفی را به طرف
خود می کشد .
۱ جاروبک
های ( شانه ها ی) پایينی بارهای منفی
را از سطح زمين به طرف غلتک هدایت می کنند .
۲ مولکولهای
هوا مجاور به علت پتانسيل زیاد ٬ یوني ده
می شوند و یون های منفی هوا به طرف غلتک می روند .
اما چون این ب ارهای منفی در سر راه خود به تسمه برخورد می کنند .در سطح
بيرونی تسمه بار منفی جمع می شو د و با چرخش تسمه ٬این بارها به طرف بالا می
روند . غلتک بالایی که در اثر لغزش با تسمه دارای بار منفی است به دو طریق بارهای
مثبت را به طرف خود می کش د.
۱ )از طریق جاروبک ها ی ب الایی بار مث بت کلاهک را به طرف خود می کشد .( و یا به
عبارت دیگر با ر منفی تسمه را به کلاهک می ده د .)
۲ از
طریق یونيده کردن هوای موجود در داخل کلاهک و جذب یون های مثبت و دفع
یون های منفی به طرف کلاهک .
بارهای مثبت واقع در سطح بيرونی تسمه به همراه تسمه پایين م ی روند و از طریق
جاروبک های ( شانه ها ی) پایينی به زمين هدایت می شوند و بارهای منفی ایجاد
شده در کلاهک به علت اینکه کلاهک تقریبا به صورت کاواک ساخته شده به سطح
خارجی کلاهک منتقل می شوند . و در سطح داخلی آن باری نمی ماند . و با چرخش
مدام تسمه با غلتک ها افز ایش می یابد و در نتيجه روند افزایش بار کلاهک زیادتر می
شود البته مشخص است که این افزایش هم حدی دارد و بعد از مدتی دیگر افزایش
باری نخواهد داشت .
چه اصولی را باید رعایت کنيم تا بار مولد واندوگراف ب يشي ن ه باش د:
۱ جاروبک
ها هنگام چرخش دستگاه با سطح بيرونی تسمه ٬ مالش خيلی جرئی
داشته باشن د.
۲ تسمه
علاوه بر غلتش روی غلتک ه ا ٬ اندکی لغزش هم داشته باشد ( تسمه نه
زیاد شل و نه زیاد محکم باش د).
۳ تسمه
و غلتک ها باید کاملاً تميز باشند . ( می توان با الکل آن ها را پاک کر د. )
٤ پهنای
تسمه با پهنای غلتک ها یکسان باش د.
٥ تسمه
نباید سياه رنگ باشد زیرا امکان دارد دارای کربن باش د. و اجسام با ترکيب های
کربنی م یتوانند رسانا باشن د.
٦ سرعت
چرخش موتور حدالامکان زیادتر باش د.
۷ در
روزهای گرم و مکان های با رطوبت زیاد نتيجه کار دستگاه ( مثل سایر آزمایش های
الکتریسيته ساکن ) مناس ب نم یتواند باش د.
نقش هر یک از اجزاء واندوگراف در ایجاد الکتریسيته ساکن روی واندوگراف
۱ نقش
کلاهک :
اگر کلاهک کروی واندوگراف را بر دارید به کمک یک الکتروسکوپ ملاحظه می کنيد که
مقدار بار الکتریکی تيغه بالایی واندوگراف به شدت کاهش می یاب د.
تفاوت کلاهک کرو ی و تيغه فوقانی واندوگراف در ظرفيت الکتریکی آنهاست .می دانيم
هر جسم رسانا دارای یک ظرفيت الکتریکی است اما ظرفيت الکتریکی یک کره ی
بدست م یآید این ظرفيت بسيار بيشتر از ظرفيت الکتریکی c = 4p eR رسانا از رابطه
قطعات فلزی کوچکی است که در زیر کلاه ک وجود دارد . وقتی کلاهک را بر می داریم
بار الکتریکی اضافی از طریق یونيزاسيون در هوا پخش م یشود .
۲ نقش
جاروبک ها :
هنگام کار واندوگراف می توان جاروبک ها را حذف کرد در این حالت مقدار بار الکتریکی
روی کلاهک کاهش م ییابد اما به صفر نمی رسد این آزمایش نشان می دهد که
کلاهک علاوه بر اینکه از طریق رسانش فلزی جاروب کها باردار م یشو د ٬ از طریق
یونيراسيون هوا نيز بار الکتریکی دریافت می کن د.
اینکه هوای اطراف تسمه ها و غلتک ها یونيزه م یشود براحتی قابل آزمایش اس ت.
کافی است مدت کوتاهی کلاهک یک الکتروسکوپ را به تسمه های واندوگراف در حال
کار نزدیک کنيد و سپس الکتروسکوپ را دور کنيد خواهيد دید بدون تماس ٬الکتروسکوپ
باردار شده است این مقدار بار از طریق یونيزاسيون هوا به الکتروسکوپ انتقال یافته
است پس هوای اطراف تسمه ها و غلتک ها بشدت یونيزه م یشود .
۳ نقش
تسمه :
اگر حرکت تسمه بر روی غلتک ها فقط غلتشی باشد امکان باردار شدن بسيار کاهش
می یابد .فرض بر این است که تسمه علاوه بر غلتکش ٬ لغزش نيز دارد و این لغزش
سبب توليد بار الکتریکی بر روی تسمه ها م یشود . برا اینکه این موضوع را با آزم ایش
نشان دهيم کافی است روی تسمه و در قسمتی که با غلتک ها در تماس است
علامتی با جوهر یا ماژیک بکشيم و واندوگراف را بکار اندازیم ٬ مشاهده م یشود که
ماژیک در جهت چرخش بر روی تسمه پخش شده است و این نشانگر لغزیدن تسمه
بر روی غلتک ها است .
در اصل همين مالش ميان تسمه و غلتک ها سبب توليد بار الکتریکی م یشو د. اگر
ت سمه دستگاه شل باشد ٬تعداد دور ها کاهش می یابد و اگر زیاد کشيده و محکم باشد
امکان لغزش کاهش می یابد .در این دو حالت مقدار باردهی واندوگراف کم م یشو د.
بهتر است به روش تجربی این موضوع کنترل شو دیا کارخانه ی سازنده امکان رگلاژ
دستگاه را فراهم سازد.
٤ نقش
غلتک ها :
مالش ميان تسمه و غلتک ها همچنان که در قسمت قبل ذکر شد زمينه ساز توليد بار
الکتریکی است .جنس غلتک پایينی یا بالایی نقش تعيين کن نده در نوع بار الکتریکی
کلاهک دارد . ام ادو مسئله زیر در مورد غلت کها وجود دارد .
ال ف) اولين نکته قابل توجه این است که اگر در اثر مالش بطور مداوم غلتک پلی اتيلن
بار منفی یا مثبت دریافت کند سرانجام پس از چند دقيقه ٬بار سرسا مآوری پيدا می کند
و این مقدار بار سرسا مآور قادر است جرقه هایی با طول بسيار بلند ایجاد کن د.
اما در عمل طول جرقه های یک واندوگراف معمولی در حدود یک سا نتی متر است و این
مقدار ثبات نسبی دار د .علت آن است که بار کلاهک از طریق یونيزاسيون به طور مرتب
به هوا انتقال می یاب د.
ب) نکته دوم این است که اگر بار الکتریکی در محل مالش غلتک و سطح داخلی
تسمه توليد شود چگونه با توجه به عایق بودن تسمه بار الکتریکی به سطح خار جی
تسمه و سپس به زمين یا کلاهک منتقل م یشود .به نظر می رسد ٬ پاسخ آن را باید
در نسبی بودن نارسانایی تسمه جستجو کرد . نارسانایی یک جسم نسبی است
معمولاً یک لایه نازک مانند هوا در برابر برق ۲۲۰ ولت نارسانا است ولی در مقابل برق
با ولتاژ ۲۰۰۰۰ ولت دیگر به اندازه ق بل نارسانا نيست به همين علت فاصله سيم های
برق با ولتاژ بالا را زیاد در نظر می گيرن د. اختلاف پتانسيل توليد شده در واندوگراف
بسيار بالا است و این اختلاف پتانسيل زیاد ٬ الکترون را قادر می سازد تا از س د کوانتمی
تسمه گذشته و به سطح خارجی تسمه برس د. لذا بارهای اضاف ی غلتک ها از طریق
یونيزاسيون هوا و عبور کوانتمی از س د تسمه به زمين و کلاهک م یرسد .
آزمایش های جانبی واندوگراف
۱ فرفره
ی الکتریکی :
اگر مطابق شکل فرفر های فلزی که با اصطک اک
بسيار کم روی سوزن نوک تيز م یتواند بچرخد
درست کرده روی کلاهک مولد واندوگراف قرار
د هيم بعدازروشن شدن دستگاه در جهت نشان
داده شده شروع به چرخش می کند ط بق قانون
سوم نيوتن وقتی مولکولهای هوا به نوک تيز
فرفره که تراکم بار زیادی دارند برخوردمی کنند
یونيزه می شوندونيروی رو به عقبی را ایجاد
می کند و باعث چرخش فرفره م یشوند .
۲ مشاهده
چگالی س طحی بار الکتریکی بيشتر در نقطه های نوک تيز :
اگر چند تکه سبک را روی یک مخروط فلزی
قرار دهيم و آن را به مولد واندوگراف وصل
کنيم می بينيم که تکه کاغذهای واقع در
قسمت نوک تيز مخروط بيشتر از همه
پرتاب م یشون د. یعنی تراکم بار در نقاط
نوک تيز جسم رسانا بيشتر است.
۳ نخ
های افشان :
اگر یک سر چند رشته نخ را در یک فيش
فلزی مخصوص محکم کني م. (و یا نخ های
را دور حلقه فلزی وصل می کنيم .) و آن
را به کلاهک دستگاه وصل کنيم نخ ها از
هم باز می شوند و به صورت شعاعی
قرار می گيرند زیرا هوای اطراف کلاهک
یونيزه م یشود .
و نخ ها را باردارکرده است وهرنخ م یخواهد
از نخ دیگر حداکثر فاصله را داشته باشد .
٤ گلوله
های رسانای سبک در استوانه شفاف :
این استوانه با دو قاعده ی( بالا و پایين ) رسانا
می باشد . گلوله های سبک و رسانا در درون آن
واقع شد هان د. وقتی این استوانه به ک لاهک دس تگاه
وصل م یشود گلول هها شروع به حرکت رفت و
ب رگشت به بالا و پایين می کنند زیرا از قاعده ی
پایينی بار ( )
دریافت و به شدت از این قاعده
دفع می شوند و وقتی به قاعده بالایی م یرسند
بار الکتریکی خود را به آن می دهند و دوباره م یافتند
و این عمل را آن قدر تکر ار می کنند تا دو قاعده بالایی
و پایينی هم پتانسيل شون د ٬ و در این حالت گلوله ها
به حالت معلق در استوانه باقی م یمانند .
٥ استوانه
فاراده :
با اتصال یک استوانه بلند و باریک به کلاهک
دستگاه این استوانه باردار م یشود اما باری
در آن توليدنم یشود زیرا گلوله های سبک
( آونگ دوگانه ) واقع در درون استوانه هيچ
حرکتی ندارند . اما در سطح خارجی آن ٬
گلول هه ا( آونگ دوگانه )از هم فاصله گرفت هان د.
یعنی کل بار الکتریکی استوانه در سطح خارجی
آن اس ت. و با یک صفحه ی آزمون و الکتروسکوپ
این نتيجه را می توان تأیيد کر د.
الب ته این آزمایش را می توان به این صورت هم انجام داد که استوانه را به طور عمودی
به کلاهک وصل کنيم ٬ و وقتی دستگاه روشن است گلوله های سبک را عمودی به
درون آن بياندازیم .مشاهده م یشود که هيچ حرکتی در درون ليوان ندارند .یعنی بار
الکتریکی در سطح داخلی ليوان وجود ندارد.
٦ روشن
و خاموش شدن لامپ نئون ( مهتابی ) در نزدیکی کلاهک :
وقتی یک لامپ نئون را به کلاهک نزدیک
می کنيم وقتی بار کافی در کلاهک جمع
شده باشد با تخليه ی آن به لامپ یک لحظه
روشنایی لامپ دیده م یشود و بعد خاموش
م یشود . ( و همين طور با لامپ فازمتر هم
م ی توان این آزمایش را انجام دا د .) و این عمل
مرتباً ادامه پيدا می کند .
۷ انحراف
شعله شمع :
اگر شمع را روشن کرده در مقابل نوک تيز
یک ميله فلزی وصل شده به کلاهک واندوگراف
قرار دهيم ٬موقع روشن شدن دستگاه شعله
شمع انحراف پيدا می کن د. با توجه به یونيزه
شدن بسيار زیاد مولکولهای هوا ی اطراف
قسمت نوک تيز و دفع یون های هم نام و
جذب یون های نام هم نام جریانی از هوا
در فضای اطراف به وجود م یآید و شعله ی
شمع در مجاورت دستگاه خم م یشو د.
|
|
|
|
مطالب مشابه :
رولت گوشت شف ایران
مخروط گوشتی و کاملاً نرم شده و پوره کردن آن ها درست کردن مایه ای که گوشت را در آن
چگونه آتشفشان بسازیم ؟
در این پست طرز ساخت یک کوه آتشفشان رو یاد می 1نخست مخروط آتش فشان را بسازيم.6 فنجان آرد
ساخت آتشفشان
در این پست طرز ساخت یک کوه آتشفشان رو یاد می 1نخست مخروط آتش فشان را بسازيم.6 فنجان آرد
ساخت دکوریهای خوشگل با کمتر از 1000تومان!
· مخروط پلاستیکی به بلندی 30 سانتی متر طرز ساخت: 1. انواع کیک و آموزش درست کردن
17 - محیط و مساحت اشکال هندسی(کلیک کنید)
حجم مخروط = مساحت قاعده × یک سوم × ارتفاع طرز تهیه آش دوغ مشکل ترک کردن
تاریخچه و طرز کار مولد واندوگراف
طریق یونيده کردن هوای موجود در داخل درست کرده روی اگر چند تکه سبک را روی یک مخروط
ماسک برای روشن کردن پوست
مقداري از مخروط تازه ي رازک را در نيم براي درست کردن آن بايد مقدار مساوي از هر دو را
برچسب :
طرز درست کردن مخروط
