مولدات الكهرباء الساكنة - الجهاز ، مبدأ التشغيل والتطبيق
الشحنة الكهربائية - ظاهرة إلغاء شحنتين متعاكستين متساويتين في الحجم. إذا كان جسمان مشحونان بقوة بشحنة كهربائية معاكسة على مسافة قريبة من بعضهما البعض ، فإن شرارة تقفز بينهما وتسمع صوت فرقعة قصير.
تسمى قوة عمل جسم مشحون كهربائيًا على جسم آخر ، يتم أخذ شحنته كوحدة واحدة ، بالجهد. فرق الجهد هو الجهد.
أول طرق الحصول عليها الشحنات الكهربائية تتكون المجالات الكهروستاتيكية من احتكاك المواد المختلفة (الفراء والصوف والحرير والجلود وغيرها من المواد ضد الزجاج والراتنج ، ممحاة إلخ.). في الوقت نفسه ، كانت الفولتية والشحنات صغيرة للغاية. أتاح تحريض الشحنات وتراكمها عن طريق النقل الميكانيكي زيادة طفيفة في الفولتية الناتجة.
بعد ذلك ، من أجل الحصول على الفولتية العالية ، تم إنشاء آلات تعمل باستمرار بأقراص دوارة على أساس مبدأ التوجيه الكهروستاتيكي (الحث).ومع ذلك ، لم تجعل هذه الآلات من الممكن الحصول على طاقة عالية ووجدت تطبيقًا بشكل أساسي كأجهزة في مكاتب الفيزياء للمؤسسات التعليمية.
كهربة الهيئات والحث الكهروستاتيكي
يتم استدعاء الرسالة إلى جسم الشحنات الكهربائية كهربة... الموصوفة في المقال كهربة الهيئات وتفاعل الشحنات تعطي عملية تكوين الأيونات الموجبة والسالبة فكرة عن عملية كهربة الأجسام: تتكون في نقل الإلكترونات من جسم إلى آخر.
وبالتالي يتم تحديد الشحنة الكهربائية للجسم من خلال الزيادة أو النقص في الجسم. الإلكترونات… من الممكن كهربة الجسم بطرق مختلفة ، منها الاحتكاك والتلامس والاتجاه ونقل الشحنة تقنية.
تتمثل العملية العكسية - استعادة الحالة المحايدة للجسم (التحييد) - في إعطائه عددًا مفقودًا من الإلكترونات أو إزالة فائض منها منه.
أثناء الكهربة عن طريق الاحتكاك ، إذا لم يتم توصيل أي شحنات إضافية إلى أي من الهيئات المتلامسة من الخارج ، فسيتم شحن كلا الجسمين بنفس كمية الكهرباء من علامات مختلفة. عندما يتم توصيل الجثث ، يتم تحييد شحناتها تمامًا.
وبهذه الطريقة ، لا يتم إنشاء الشحنات أو إتلافها ، بل يتم نقلها فقط من جسد إلى آخر. وهذا يقنعنا على سبيل المثال بوجود قانون حفظ الشحنات الكهربائية قانون حفظ الطاقة.
كهرباء ساكنة - الشحنة الكهربائية في حالة السكون. يحدث نتيجة الاحتكاك بين اثنين من غير الموصلين أو غير موصل والمعدن (مثل أحزمة محرك المحرك) ، ولكن ليس بالضرورة الأجسام الصلبة.
يمكن أن تنشأ الكهرباء الساكنة أيضًا من احتكاك بعض السوائل أو الغازات. الأشخاص الذين يعانون من بشرة جافة جدًا تتراكم الشحنات الكهربائية. أثناء الحركة (فرك الألياف على الجلد) ، تحدث شحنة كهربائية ثابتة كبيرة في النسيج ، ويلتصق النسيج بالجسم ويمنع الحركة.
تصبح الكهرباء الساكنة خطرة في البيئات القابلة للاشتعال والانفجار حيث يمكن لشرارة واحدة أن تشعل كتلة كاملة. في هذه الحالة ، من الضروري إطلاق الشحنة الساكنة على الفور في الأرض أو الهواء عن طريق بعض الأجهزة المعدنية التي يمكن زيادة موصليةها عن طريق الترطيب أو التشعيع.
الحث الكهربائي - ظهور الشحنات الكهربائية على السلك تحت تأثير الشحنات الأخرى الموجودة بالقرب من السلك (كهربة الجسم عن بعد).
تحت تأثير الشحنة الخارجية ، يتم إحداث شحنة (تنشأ) في أقرب نهاية للموصل ، تكون علامتها معاكسة لإشارة الشحنة التي تعمل من الخارج ، وفي الطرف البعيد للموصل ، تهمة نفس العلامة. في هذه الحالة ، تكون كلتا الشحنتين الاستقرائيتين متساويتين في الحجم ، أي أن الحث يتسبب فقط في فصل الشحنات على السلك ، ولكنه لا يغير إجمالي الشحنة على السلك (نظرًا لأن مجموع الشحنات المستحثة هو صفر).
يتم تحديد حجم الشحنات المستحثة وموقعها من خلال شرط عدم وجود مجال إلكتروستاتيكي داخل الموصل. لذلك ، يتم وضع الشحنات المستحثة بحيث يدمر المجال الكهربائي الذي تخلقه ببساطة المجال داخل السلك الذي تم إنشاؤه بواسطة الشحنة الحثية.
مثال على الحث الكهروستاتيكي: في المكشاف الكهربائي غير المشحون ، تكون الشحنات الكهربائية ، الموجبة والسالبة ، بكميات متساوية ، وبالتالي فإن المكشاف الكهربائي غير مكهرب.
إذا اقترب منه قضيب زجاجي بشحنة موجبة ، فسوف تنجذب إليه الإلكترونات الحرة في نفس الوقت وتتنافر الشحنة الموجبة للمكشاف الكهربائي في نفس الوقت.
تتركز الشحنة السالبة بالقرب من قضيب الزجاج ، ويتم توصيلها به ، بينما يتم صد الشحنة الموجبة ، وبالتالي فهي تقع على الجانب الخلفي من المكشاف الكهربائي - فهي مجانية.
المكشاف الكهربائي الآن مكهرب. ومع ذلك ، فإن هذه الحالة ليست طويلة الأمد. يجدر إزالة قضيب الزجاج ، نظرًا لانتهاك فصل الشحنة إلى موجب وسالب ، تتم استعادة الحالة المحايدة للمكشاف الكهربائي وتعود أوراقه إلى موضعها الأصلي.
مكشاف كهربائي - جهاز يمكن من خلاله تحديد شحنة الجسم المكهربة. يتكون من قضيب معدني به كرة أو لوحة في الطرف العلوي وصفحتان معدنيتان متدليتان في الأسفل. يعتمد تشغيل المكشاف الكهربائي على مبدأ: الأجسام التي تحمل الاسم نفسه تتنافر (انظر - مبدأ تشغيل المكشاف الكهربائي).
الحث الكهربائي هو أحد أسباب البرق في الطبيعة، - أقوى وأخطر مظهر للكهرباء الساكنة في الغلاف الجوي.
برق إنه تفريغ للكهرباء في الغلاف الجوي بين الأجزاء الفردية من السحابة والسحب الفردية والسحابة والأرض ، من الأرض إلى السحابة. بعبارة أخرى ، يمكن تعريف البرق بأنه تيار كهربائي قصير المدة ، شرارة كهربائية تعادل الجهد الكهربائي.
35 أسئلة يتكرر طرحها عن العواصف الرعدية والبرق
مولد كهرباء فان دي جراف
للأغراض العلمية والتقنية (على سبيل المثال ، في الفيزياء النووية ، وعلم الأحياء الإشعاعي ، والعلاج بالأشعة السينية ، واختبار المواد ، وكشف الخلل ، وما إلى ذلك) ، هناك حاجة إلى أجهزة يمكنها توليد جهد كهربائي يصل إلى عدة ملايين من الفولتات.
هذه الأجهزة عبارة عن مولدات كهربائية متطورة تقنيًا ذات جهد مباشر عالٍ. وأشهرها مولد فان دي جراف ، الذي ابتكره فيزيائي أمريكي عام 1829 روبرت فان دي غراف (1901-1967).
مولد فان دي جراف (1933) بجهد 7 ميغا فولت
المولد عبارة عن كرة معدنية مجوفة مثبتة على عمود مجوف طويل من مادة عازلة. يتم تحديد أبعاد الكرة وارتفاع العمود عن طريق حد الجهد المطلوب للمولد (على سبيل المثال ، بالنسبة للمولد بجهد 5 ميجا فولت ، يصل قطر الكرة إلى 5 أمتار). يتحرك حزام لا نهاية له من مادة عازلة (حرير ، مطاط) داخل العمود ، والذي يعمل كناقل لنقل الشحنات إلى الكرة.
أثناء تحركك لأعلى ، يمتد الشريط في الجزء السفلي من الجهاز متجاوزًا الفرشاة المتصلة بقطب واحد من المصدر التيار المباشر جهد كهربائي يبلغ حوالي 10000 فولت (يمكن أن يكون مقوم مناسب بمثابة هذا المصدر). في تصميم أول مولدات إلكتروستاتيكية ، استخدم فان دي جراف الجهاز مع أنبوب مفرغ.
جهاز المولد الكهربائي فان دي جراف
من أطراف هذه الفرشاة ، تتدفق الشحنات لأسفل على الحزام الذي يحملها داخل الكرة ، ومن خلال الفرشاة الثانية تنتقل إلى السطح الخارجي للكرة.لتحسين عملية تحريك الجزء غير المشحون من الشريط لأسفل ، يتم نقل شحنات العلامة المعاكسة بمساعدة الفرشاة التي تم إزالتها من الكرة المشحونة.
بسبب الحث الكهروستاتيكي ، تظهر شحنة سالبة على الفرشاة ، والتي يحملها التفريغ إلى الجزء النازل من الحزام. ثم يتم نقل هذه الشحنة إلى الفرشاة والأسطوانة السفلية المؤرضة ، والتي من خلالها يتم تفريغها على الأرض.
مع استمرار تحرك الشريط ، تزداد شحنة الكرة حتى تصل إلى قيمة عتبة محددة مسبقًا يحددها قطر الكرة والمسافة بينها وبين قطب كهربائي آخر أو إلى الأرض.
مع استمرار تحرك الشريط ، تزداد شحنة الكرة حتى تصل إلى قيمة عتبة محددة مسبقًا يحددها قطر الكرة والمسافة بينها وبين قطب كهربائي آخر أو إلى الأرض.
لزيادة الجهد ، يتم تثبيت جهازين من هذا القبيل ، حيث تتلقى الكرات شحنة من العلامات المعاكسة. لذلك ، على سبيل المثال ، للحصول على جهد 10 MV ، يتم استخدام مولدين ، مشحون فيما يتعلق بالأرض حتى +5 MV و -5 MV ويتم تثبيتهما على مسافة من بعضهما البعض بحيث يكون احتمال الانهيار عند جهد أقل من المعطى معطلة.
يوجد حاليًا عدد كبير من النماذج المختلفة للمولدات الكهروستاتيكية ، بما في ذلك تلك التي تكرر تصميم Van de Graaff. يتم استخدامها للتجارب الجسدية وكجذب للترفيه وعروض الحركة. كهرباء ساكنة.
من المثير للاهتمام: مولد النانو بتأثير كهربي ثلاثي (TENG)