Kas ir Van De Graaff ģenerators?

Ja augšējais rullītis ir metāla, bet apakšējais rullītis ir plastmasa, siksnas berzēšana pret plastmasas rullīti izraisīs elektronu atdalīšanu no plastmasas uz jostas, tādējādi uz jostas veidojas negatīvs lādiņš, kamēr rullītis paliek pozitīvs lādiņš. Elektroni no apakšējās ķemmes tiek piesaistīti pozitīvi lādētajam veltnim, un daži lēks uz to, bet tos neļauj sasniegt izolācijas josta, kas pēc tam iegūst vēl lielāku negatīvo lādiņu. Ierīces augšpusē ķemmes elektroni virzās prom no negatīvi lādētās jostas un uz metāla kupolu, lai tos aizstātu ar elektroniem no jostas. Tādējādi notiek nepārtraukta elektronu pārnešana no apakšējā veltņa — caur jostu un augšējo ķemmi — uz metāla kupolu, kas iegūst lielu negatīvu lādiņu. Ja rullīšu pozīcijas ir apgrieztas, kupols iegūst pozitīvu lādiņu.

Van de Graaff ģeneratora augšdaļas kupola forma ir ideāli piemērota, lai panāktu vienmērīgu uzlādes sadalījumu un maksimāli palielinātu potenciālu. Asas malas, punkti vai nelīdzenumi var izraisīt lādiņa noplūdi gaisā. Tāpēc tiek izmantotas metāla ķemmes — zobi ļauj elektroniem viegli pārvietoties uz ķemmi vai no tās, lai panāktu lielu lādiņa uzkrāšanos uz kupola. Prototipa ģenerators kupola vietā izmantoja skārda kannu, taču tas drīz tika uzlabots.

Van de Graaff ģeneratori parasti ir atrodami skolu un koledžu fizikas laboratorijās: tie var radīt potenciālās atšķirības, kas pārsniedz 100,000 voltu. Populāra demonstrācija ir saistīta ar to, ka studentiem brīvprātīgajiem mati ceļas stāvus, kad viņi pieskaras kupolam; matiņi iegūst vienu un to pašu lādiņu un atgrūž viens otru. Šāda veida ģeneratori var radīt arī diezgan ievērojamas dzirksteles, elektroniem lecot uz tuvējo objektu. Rādot ar pirkstu tuvu kupolam, starp kupolu un pirkstu var izlēkt līdz pat vairāku collu garai dzirkstelei, izraisot vieglu elektriskās strāvas triecienu. Lai gan šīs ierīces var radīt ļoti lielus spriegumus, strāva ir pārāk maza, lai radītu jebkādu risku.

Ir iespējams uzbūvēt ģeneratorus, kas ražo daudz lielāku spriegumu. Liels Van de Graaff ģenerators var radīt potenciālu starpību miljoniem voltu. Lielākais demonstrācijas ģenerators, kas jebkad ir uzbūvēts, ir 12,2 m garš un var radīt potenciālās atšķirības 5 miljonu voltu vai vairāk, radot dzirksteles, kas atgādina zibens vairākas pēdas garas.

Van de Graaff ģeneratoriem ir arī nopietni pielietojumi. Tos dažreiz izmanto, lai radītu milzīgu spriegumu, kas nepieciešams daļiņu paātrinātājiem, kurus izmanto dabas pamatspēku izpētei. Viens Van de Graaff ģenerators, ko šim nolūkam vada Austrālijas Nacionālā universitāte, rada potenciālu starpību 15 miljonu voltu apmērā.