אחד ממכשירי המתח הגבוה המעניינים הוא מחולל ואן דה גראף, מכשיר שיוצר הפרש פוטנציאל גבוה עקב חשמול של סרט דיאלקטרי הנעים לאורך שני גלילים. המתח המקסימלי משתנה בהתאם לקנה המידה של המכשיר, ויכול לנוע בין כמה עשרות קילו-וולט עבור גנרטורים קטנים לספסל ועד מיליוני וולט עבור מכשירים גדולים שניתן להשתמש בהם למטרות מדעיות והדגמה. בעזרת מחולל ואן דה גראף, ניתן לבצע ניסויים מרהיבים רבים, למשל, לראות כיצד קונפטי קטן עף כלפי מעלה בהשפעת כוחות חשמליים או שערו של אדם מזדקף "על הקצה" אם גופו של אדם מחובר בצורה מסוימת לפער ניצוץ. כדי להרכיב את הגנרטור לא תזדקק לחלקים ספציפיים - הכל ניתן למצוא בבית או לרכוש בחנויות לחומרי בניין הקרובות. המעגל הכללי של הגנרטור מוצג להלן.
הכנת מחולל ואן דה גראף במו ידיך
מבחינה מבנית, הגנרטור הוא צינור שבתוכו מסתובב סרט דיאלקטרי. שני רולים, בחלק העליון והתחתון של הצינור, מספקים את המתח הדרוש של הסרט; הגלגלת התחתונה היא גם כונן ומחוברת לציר המנוע, שיסובב את הסרט. כדור מתכת מסיבי קבוע בחלק העליון של הצינור, אשר ישמש כמצבר מטען. צורתו של כדור מתאימה ביותר למטרה זו, מכיוון שאין לו בליטות חדות, ולכן המטען יצטבר בצורה היעילה ביותר: בליטות חדות עלולות להוביל להופעת פריקת קורונה שדרכה זורם המטען המצטבר. כדי ליצור גנרטור ביתי פשוט, אתה יכול להשתמש במחבת גדולה ככדור, להתקין אותו הפוך; חוסם עורקים מבית מרקחת אידיאלי כסרט; ניתן לחתוך רולים, למשל, מעץ, קצף פוליסטירן, או שאתה יכול לפרק רולר צבע. צינור ביוב בקוטר 10-11 ס"מ מושלם כצינור דיור. ניתן להניע את הרצועה באמצעות מברג אם יש לה מהירויות גבוהות, או באמצעות מנועים שונים חזקים למדי מצעצועים או דגמים מבוקרים רדיו. ההרכבה מתחילה במציאת רכיבים מתאימים.
בשימוש בצינור ביוב בקוטר 11 ס"מ, הגובה האופטימלי של המבנה יהיה כ-1 מטר. המבנה כולו יותקן על מעמד עשוי מלוחות גרוטאות.
כמנוע לסיבוב הרצועה אני משתמש ביחידת הנעה ממסוק מבוקר רדיו, שהוא זוג מנועים המסובבים במשותף גיר גדול, ובכך יוצרים תיבת הילוכים שמורידה את המהירות לרמה הרצויה ומגבירה את המומנט. הציוד המונע מחובר לפין M4 שעובר דרך כל הצינור בתחתית, בעתיד יצורף אליו פיר עם רולר. כפי שהראה בפועל, מספיק מנוע מסוק אחד - למרות גודלם הגדול, למנועים כאלה יש כוח הגון ומסובב בקלות את כל הקלטת בתוך הדיור.
המנועים נלחצים מלמעלה עם פס מתכת, והיישור של כל ההילוכים נקבע מראש. עדיף להשתמש במקורות מתח סוללה שאינם מחוברים בשום צורה לרשת, אפילו באמצעות בידוד גלווני שנאי, כדי להפעיל את המנוע בגנרטור ואן דה גראף.
התמונות למעלה מציגות את הגלגלת התחתונה. הם הצליחו לחצוב אותו משתי חתיכות של בידוד פנופלקס, והעניקו לו צורת חבית. שימו לב שהצורה צריכה להיות בצורת חבית, עם עיבוי קל וחלק באמצע - אם הפיר חלק לגמרי, הסרט יקפוץ מדי פעם. חומר הגלילים ממלא תפקיד משמעותי בבניית הגנרטור - החלק התחתון צריך להיות מתכת, והחלק העליון צריך להיות פלסטיק. במקרה זה, אין צורך להפוך את הציר התחתון כולו ממתכת; מספיק לכסות אותו מלמעלה בנייר כסף מוליך; רדיד זה חייב להיות מחובר גם חשמלית לפיר שעליו יושב הרולר.
לקחתי את הרולר העליון מוכן מרולר צבע; הוא מתאים בצורה מושלמת בצורה וגודל.הרולר, בדומה לתחתון, מותקן על פין M4, המותקן בחריצים בחלק העליון של הצינור, אותם ניתן לראות בתמונה למטה.
חוסם עורקים המוסטטי נמכר כמעט בכל בית מרקחת; יש לו את התכונות הדרושות להעברת מטען, והוא גם די אלסטי. יש לשטוף את חוסם העורקים שנרכש מטלק, לייבש ולאחר מכן לחתוך לאורך הדרוש עם שוליים קטנים. על מנת להפוך את סרט הרתמה למעגל סגור, ניתן פשוט להדביק את הקצוות יחד עם דבק-על עם חפיפה של 2-3 ס"מ; החוזק של חיבור כזה התברר כיותר ממספיק.
החלק הבא של הגנרטור הוא המברשות, דרכן המטען "יוחל" על הסרט ו"יתנקז" ממנו לכדור המתכת העליון. אני ממליץ להכין את המברשות מחתיכת כבל רב ליבות, שנחשפת מהבידוד, מרופפת ומולחמת על לוחות טקסטוליט. כדאי להכין שתי מברשות כאלה, אחת לרולר התחתון ואחת לחלק העליון. המברשת התחתונה תתחבר לגלגלת התחתונה ותחבר לאדמה, והמברשת העליונה תחובר לכדור המתכת. התמונה למטה מציגה את המברשות המוגמרות.
המברשות מותקנות ישירות ליד הגלילים בחלק העליון והתחתון, המרחק מהסרט לקצוות המברשות צריך להיות קטן ככל האפשר, אך הקלטת לא צריכה לגעת בהן. למטה ניתן לראות את המברשות המותקנות בחלק העליון והתחתון, בהתאמה.
כעת כל שנותר הוא להכין את התומכים עליהם יעמוד הכדור העליון - במקרה שלי, נמצא לו אנלוגי נגיש יותר בצורת מחבת הפוכה. חתיכת חוט בולטת מעל גובה התומכים מחוברת למברשת, והיא תבטיח את המגע שלה עם הכדור.
בחלק התחתון של המבנה, באמצעות אותה חתיכת חוט, מובטח מגע בין הפיר, הרולר והחריץ עם הארקה.שימו לב שדרושה הארקה טובה כדי שהגנרטור יפעל.
הכדור מותקן אחרון, והגנרטור מוכן כעת להפעלה. כאשר מופעלת, יתרחש הבדל פוטנציאלי בין הקרקע (הגלגלת התחתונה) לכדור העליון. היא תגדל עד שתתרחש תקלה חשמלית באוויר או בצינור, או עד שקצב גידול המטען יעלה על קצב "התנקזות" שלו מהכדור עקב פריקות קורונה. יעילות הגנרטור תלויה מאוד בלחות האוויר - ככל שהאוויר לח יותר, כך יותר הפסדים עקב פריקת קורונה, ובהתאם, ניתן להגיע למתח נמוך יותר. ניתן להגביר את קצב הצטברות המטען על ידי הגדלת מהירות הסיבוב של החגורה, בעוד שהמתח המרבי של הגנרטור יגדל אף הוא. על מנת לפרוק את הכדור, יש לקרב אליו חפץ מתכת מוארק. אם לעצם זה יש קצוות חדים, המטען יזרום בצורה חלקה בצורה של פריקת קורונה, אותה ניתן לראות רק בחושך מוחלט. אם לאובייקט יש קווים חלקים, אז כאשר הוא מתקרב למרחק מסוים לכדור, יתרחש התמוטטות חשמלית של האוויר עם צליל חזק למדי והבזק. כאשר מתנסים עם הגנרטור, כדאי להיזהר, למרות העובדה שהוא בעל הספק נמוך במיוחד, פולסי מתח של מאות קילו-וולט עלולים לגרום נזק לבריאות.
