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Les générateurs Van de Graaff sont des générateurs haute tension souvent utilisés à des fins éducatives. Les étudiants et les enseignants peuvent créer un tel générateur pour apprendre les principes et les lois de l'électricité. Le moteur du générateur fait tourner les rouleaux à la base, ce qui déplace la bande. Initialement, la charge de la bande est nulle, mais une brosse mise à la terre par le dessous élimine les électrons de la bande, de sorte qu'une charge positive s'accumule sur la bande, qui est transférée par la seconde brosse à la sphère métallique. Plus la bande se déplace le long des brosses, plus la sphère est chargée.

De Masterweb

Dans les cours de physique, pour démontrer l'action réalisée par l'électricité statique, montrez le générateur de Van de Graaff. Ce dispositif inhabituel, qui permet à des éclairs miniatures de s’orienter dans différentes directions, ravit les élèves. Mais peu de gens savent que le générateur a également été utilisé pour des expériences dans le domaine de la physique nucléaire.

Histoire de la création

Le physicien américain Robert Van de Graaff (1901-1967), qui travaillait à l'Université de Princeton, est entré dans l'histoire en tant que créateur d'un accélérateur électrostatique de particules.

La première description du générateur Van de Graaff date de 1929 et, deux ans plus tard, il crée un accélérateur à haute tension pouvant produire une tension électrique de 1 MV. En 1935, une conception améliorée produisait déjà 7 mégavolts.

Le générateur Van de Graaff devint par la suite la base d’un accélérateur linéaire moderne appelé pelletron. La différence entre eux était la méthode de transfert des particules chargées. Si le générateur ils ont été transmis en utilisant un ruban diélectrique, puis le pelletron - une chaîne en métal.

Principe de fonctionnement

La conception du générateur vous permet de le faire horizontalement et verticalement. Sa partie principale est une grande sphère métallique, à la surface de laquelle se trouve une accumulation de particules chargées. À l'intérieur du boîtier en matériau isolant se trouvent deux rouleaux reliés entre eux par un ruban diélectrique. Initialement, il était en soie et en caoutchouc, puis remplacé par une chaîne.

Le rouleau inférieur est relié à la terre et relié à une petite sphère, il possède également un entraînement en rotation. Le rouleau supérieur est relié à une grande sphère par une brosse métallique.

Lorsque le rouleau inférieur tourne, l’air s’ionise, puis les particules chargées sont transférées sur le rouleau supérieur. À travers une brosse métallique, un flux d'ions est transféré à la surface d'une grande sphère, où il s'accumule sous la forme d'une charge électrostatique.

La puissance du générateur Van de Graaff est limitée par la décharge corona qui crée une enveloppe lumineuse autour de l'électrode chargée.

Où est le générateur utilisé

Initialement, le dispositif était utilisé pour disperser des particules chargées, mais au fil du temps, des accélérateurs plus avancés sont apparus et la nécessité de le perdre a disparu. Actuellement, les expériences avec le générateur de Van de Graaff visent principalement à modéliser les processus se produisant lors de décharges de foudre.

Dans les écoles modernes, ce dispositif est l’équipement standard des salles physiques. Sur le territoire de l'ex-URSS, le générateur n'a pas été fabriqué. Dans les écoles d'expérimentation, on utilisait la machine à électrophores de Wimshurst, qui s'appellerait plus tard "Décharge".

La capacité du générateur à produire des décharges est utilisée dans divers programmes de spectacles et tours de cirque. Il peut créer un champ qui retient de petits objets dans les airs et une charge puissante permet aux appareils électriques de fonctionner loin de la source d’électricité.

Précautions de sécurité

Comme tout appareil générant une haute tension, le générateur Van de Graaff nécessite des précautions lors de son utilisation. La décharge importe peu où elle se pose: entre des électrodes bipolaires ou entre une électrode chargée et un corps humain. Une différence de potentiel assez importante. Par conséquent, lorsqu’il travaille avec le groupe électrogène, une personne doit être sur un tapis en caoutchouc afin que son potentiel reste neutre par rapport à la charge accumulée.

Si une personne est sur le sol, en particulier sur un sol mouillé, elle deviendra un excellent conducteur pour le transfert de particules chargées sur la terre, et une décharge de plusieurs milliers, voire de millions de volts, traversera son corps. La seule chose qui peut permettre à une personne de rester en vie est une petite force actuelle.

Les porteurs de stimulateurs cardiaques ne doivent pas s’approcher du générateur. Les appareils électroniques, tels que les montres, les téléphones portables, peuvent mal fonctionner. Par conséquent, avant de commencer les expériences, vous devez les laisser de côté.

Avant de commencer

Les éléments générateurs, tels que les courroies, les poulies, une sphère, attirent la poussière comme un aimant. Avant de commencer le travail, vous devez nettoyer les mécanismes. Pour ce faire, retirez une grosse sphère et essuyez les pièces de l'appareil avec un chiffon humide. Si la charge accumulée ne vous permet pas de vous débarrasser de la poussière, vous pouvez appliquer un spray antistatique pour les cheveux.

La chose la plus importante à faire avant de commencer à faire tourner le générateur est de s’assurer que la petite électrode est mise à la terre. Sinon, la décharge frappera un objet ayant une masse plus importante, c'est-à-dire une personne.

Comment assembler un générateur à la maison

Maintenant que le principe de fonctionnement du générateur Van de Graaff est connu, vous pouvez assembler de manière indépendante un modèle de travail pour des expériences domestiques. Après de petits tests, il s’est avéré qu’un tuyau en PVC pour l’alimentation en eau était le mieux adapté pour obtenir des particules chargées. Si vous le frottez avec un matériau synthétique, la charge qui y apparaît vous permettra d’attirer de petits morceaux de papier et de dévier le flux d’eau qui tombe. Par conséquent, le tuyau en PVC deviendra une source de particules chargées.

Et qu'est-ce qui va transférer des électrons à la sphère du générateur? Des expériences ont montré que le bandage médical de Martens est le mieux adapté. Il est composé de polyester, latex et coton.

Maintenant que nous avons choisi les principales pièces de travail, une liste complète du matériel nécessaire est établie:

  1. Grande sphère en métal. Il est composé de deux grands bols à salade, vendus dans l'hypermarché le plus proche.
  2. Tuyau en PVC. Il faudra 2 pièces de diamètres différents. Le premier deviendra le corps du générateur, et le second devra être sélectionné de manière à ce qu'il soit bien ajusté à la poulie connectée à l'entraînement.
  3. Poulie supérieure. Vous pouvez utiliser n’importe quel article approprié sur lequel la bande serait tenue sans se décoller. Par exemple, un ancien moyeu de roue de vélo ou une grande bobine en plastique à côtés.
  4. Un morceau de fil de cuivre Des pinceaux seront fabriqués à partir de celui-ci, enlevant et transmettant la charge.
  5. Moteur électrique à faible puissance. Sera nécessaire pour faire tourner la poulie inférieure. Cependant, s’il ya une envie, l’entraînement peut être fait manuellement.
  6. Bandes métalliques pour supporter le générateur, ainsi que pour fixer les poulies sur le tuyau en PVC.
  7. Louche en métal. Agira comme une petite électrode.

Ensemble générateur de bricolage van de Graaff

Lorsque tous les matériaux sont préparés, vous pouvez commencer à fabriquer:

  1. À partir de bandes métalliques, créez une base rectangulaire pour le générateur. Il doit être fait sous la forme d'un carré. Les dimensions doivent assurer la stabilité structurelle. Il est également nécessaire de prévoir un montage sous le moteur électrique.
  2. Fixez la poulie inférieure sur l’arbre du moteur. Sa surface de travail doit être recouverte d'un morceau de tuyau en PVC, coupé dans la largeur du bandage de Martens.
  3. Fixez le moteur électrique à la plate-forme de sorte que la poulie soit en son centre.
  4. Fixez un tuyau en PVC d’un diamètre de 150 mm en position verticale au-dessus de la poulie. Il doit mesurer 50 à 60 cm de longueur.Pour faciliter le retrait et la pose du ruban, vous devez effectuer une coupe axiale de 4-5 cm sur le tuyau.
  5. Une deuxième poulie doit être installée sur le tuyau vertical. Ceci est fait en utilisant des supports de montage.
  6. Faire une sphère de bols à salade. Pour ce faire, percez un trou exactement au diamètre du tuyau sur l’un d’eux en bas. Pour le même bol à salade autour du périmètre, vous devez souder plusieurs supports qui vont contenir la seconde moitié.
  7. Fabriquez une brosse en fil métallique. Pour ce faire, retirez l'isolant sur un segment de 2 à 3 cm et séparez le faisceau en plusieurs fils. La brosse doit être fixée à une extrémité de manière à toucher la poulie supérieure et l’autre extrémité doit être soudée à la sphère.
  8. Pour fabriquer une électrode à partir d'une poche, vous devez connecter la poignée à la base métallique du générateur et à la terre. La poignée doit être isolée. Pour cela, le même tuyau en PVC de petit diamètre convient.

Les prototypes du générateur Van de Graaff sur la photo d'il y a cent ans diffèrent peu d'un appareil de bricolage. Maintenant que l'appareil est complètement prêt, vous pouvez commencer à expérimenter.

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