up
Search      menu
صنعت و مکانیک :: مقاله مولد واندوگراف PDF
QR code - مولد واندوگراف

مولد واندوگراف

مولد واندوگراف
الف) تاريخچه و طرز کار مولد واندوگراف
مولد واندوگراف در سال 1937 توسط فيزيکدان آمريکايي رابرت جميسون واندوگراف اختراع شد اين دستگاه قادر است که ولتاژهاي تا 20 ميليون ولت ايجاد نمايد و از آن براي انرژي دادن و شتاب دادن به ذرات اتمي که احتياج به سرعت بالا براي نفوذ در هسته اتمها دارند استفاده مي­شود اين برخوردها در اتمها، پايه شناخت و اساس فيزيک هسته­اي و ذرات بنيادي مي­باشد.
دو نوع مولد واندوگراف وجود دارد که به شرح نوع معمول آن که از تسمه و غلتک در آن استفاده مي­شود مي­پردازيم اين نوع واندوگراف از يک موتور- دو غلتک ، يک تسمه و دو شانه و يک گوي فلزي آلومينيمي يا نظير آن ساخته شده است.
هنگاميکه موتور روشن مي­شود غلتک پاييني شروع به چرخاندن تسمه مي­کند. نظر به اينکه تسمه از لاستيک و کائوچو و غلتک پاييني پوشيده از سلسيوم است.غلتک پاييني شروع به توليد بار منفي کرده و غلتک بالايي بار مثبت توليد مي­کند با رجوع به ليست الکتريسيته مالشي خواهيد فهميد که علت عدم تعادل بارها چيست در اين ليست سلسيوم پايين­تر از لاستيک است بدين معنا که قدرت جذب الکترون آن فوق­العاده زياد است بنابراين غلتک پاييني الکترون را از تسمه­اي که الکترونها از آن عبور کرده­اند جذب مي­کند اين بار منفي قوي بر روي غلتک دو کار را انجام مي­دهد.
1- الکترون­هايي که در نزديکي نوک شانه­ها هستند را دفع مي­کند و شانه­ها بار مثبت پيدا مي­کنند.
2- ذرات هوا را يونيزه کرده وقتي يک اتم از الکترون جدا شود حالت چهارم ماده يا پلاسما ايجاد مي­شود بنابراين اتمهاي مثبت هوا و الکترون آزاد بين غلتک و شانه بوجود مي­آيند که الکترونهاي آزاد توسط شانه­هايي که قبلاً باردار مثبت شده­اند جذب مي­شوند و اتمهاي مثبت جذب غلتک ، که داراي بار منفي است مي­شود.
اتمهاي مثبت ذرات هوا سعي مي­­کنند که به سمت غلتک با بار منفي بروند ولي تسمه راه آنها تا غلتک قرار دارد بنابراين جذب تسمه مي­شوند تسمه با بار مثبت به طرف غلتک بالايي حرکت مي­کند که معمولاً از جنسي است که الکترون از دست مي­دهد. در نتيجه بارهاي مثبت تسمه از يک طرف توسط غلتک بالايي خنثي مي­شود و از طرف ديگر شانه­هاي بالا که به کلاهک متصل هستند مقداري از بار تسمه را خنثي مي­کنند و حتي مقداري بار منفي نيز به تسمه مي­دهند، در نتيجه کلاهک، داراي بار منفي مي­شود و تسمه نيز هنگام پايين آمدن مقداري بار منفي خواهد داشت.
چه اصولي را بايد رعايت کنيم تا بار مولد واندوگراف شبيه باشد.
1- شانه­ها ( جاروبک­ها ) هنگام چرخش دستگاه با سطح بيروني تسمه مالش خيلي جرئي داشته باشند.
2- تسمه علاوه بر علتش روي غلتک­ها اندکي لغزش هم داشته باشد ( تسمه نه زياد شل و نه زياد محکم باشد).
3- تسمه و غلتک­ها بايد کاملاً تميز باشند. ( مي­توان با الکل آن­ها را پاک کرد ).
4- پهناي تسمه با پهناي غلتک يکسان باشد.
5- تسمه نبايد سياه رنگ باشد زيرا امکان دارد داراي کربن باشد و اجسام با ترکيب­هاي کربني مي­توانند رسانا باشند.
6- سرعت چرخش موتور حدالامکان زيادتر باشد.
7- در روزهاي گرم و مکان­هاي با رطوبت زياد نتيجه کار دستگاه ( مثل ساير آزمايش­هاي الکتريسيته ساکن مناسب نمي­تواند باشد.)
نقش هر يک از اجزاء واندوگراف در ايجاد الکتريسيته ساکن روي واندوگراف
1- نقش کلاهک :
اگر کلاهک کروي واندوگراف را بر داريد به کمک يک الکتروسکوپ ملاحظه مي­کنيد که مقدار بار الکتريکي تيغه بالايي واندوگراف بشدت کاهش مي­يابد تفاوت کلاهک کروي و تيغه فوقاني واندوگراف در ظرفيت الکتريکي آنهاست مي­دانيم هر جسم رسانا داراي يک ظرفيت الکتريکي است اما ظرفيت الکتريکي يک کره رسانا از رابطه بدست مي­آيد اين ظرفيت بسيار بيشتر از ظرفيت الکتريکي قطعات فلزي کوچکي است که در زير کلاهک وجود دارد وقتي کلاهک را بر مي­داريم بار الکتريکي يکي اضافي از طريق يونيزاسيون در هوا پخش مي­شود.
2- نقش جاروبک­ها :
هنگام کار واندوگراف مي­توان جاروبک­ها را حذف کرد در اين حالت مقدار بار الکتريکي روي کلاهک کاهش مي­يابد اما به صفر نمي­رسد اين آزمايش نشان مي­دهد که کلاهک علاوه بر اينکه از طريق رسانش فلزي جاروبک­ها بارداري مي­شوند، از طريق يونيراسيون هوا نيز بار الکتريکي دريافت مي­کند اينکه هواهي اطراف تسمه­ها و غلتک­ها يونيزه مي­شود براحتي قابل آزمايش است کافي است مدت کوتاهي کلاهک يک الکتروسکوپ را به تسمه­هاي واندوگراف در حال کار نزديک کنيد و سپس الکتروسکوپ را دور کنيد خواهيد ديد بدون تماس الکتروسکوپ باردار شده است اين مقدار بار از طريق يونيزاسيون هوا به الکتروسکوپ انتقال يافته است پس هواي اطراف تسمه­ها و غلتک­ها بشدت يونيزه مي­شود.
3- نقش تسمه :
اگر حرکت تسمه بر روي غلتک­ها فقط غلتشي باشد امکان باردار شدن بسيار کاهش مي­يابد فرض بر اين است که تسمه علاوه بر غلتکش، لغزش نيز دارد و اين لغزش سبب توليد بار الکتريکي بر ر.وي تسمه­ها مي­شود و در قسمتي که با غلتک­ها در تماس است علامتي با جوهر يا ماژيک بکشيم واندوگراف را بکار اندازيم مشاهده مي­شود که ماژيک در جهت چرخش بر روي تسمه پخش شده است و اين نشانگر لغزيدن تسمه بر روي غلتک­ها است و در اصل همين مالش ميان تسمه و غلتک­ها سبب توليد بار الکتريکي مي­شود اگر تسمه دستگاه شل باشد تعداد روي­ها کاهش مي­يابد در اين دو حالت مقدار باردهي واندوگراف کم مي­شود بهتر است به روش تجربي اين موضوع کنترل شد.
4- نقش غلتک­ها :
مالش ميان تسمه و غلتک­ها همچنان که در قسمت قبل ذکر شد زمينه ساز توليد بار الکتريکي است جنس غلتک پاييني يا بالايي نقش تعيين شده در نوع بار الکتريکي کلاهک دارد دو مسئله زير در مورد غلتک­ها وجود دارد.
الف) اولين نکته قابل توجه اين است که اگر در اثر مالش بطور مداوم غلتک پلي اتيلن بار منفي يا مثبت دريافت کند سرانجام پس از چند دقيقه بار سرسام­آوري پيدا مي­کند و اين مقدار بار سرسام­آور قادر است جرقه­هايي با طول بسيار بلند ايجاد کند.
اما در عمل طول جرقه­هاي يک واندوگراف معمولي در حدود يک سانتي­متر است اين مقدار ثبات نسبي دارد.
علت آن است که بار کلاهک از طريق يونيزاسيون به طور مرتب به هوا انتقال مي­يابد.
ب) نکته دوم اين است که اگر بار الکتريکي در محل مالش غلتک و سطح داخلي تسمه توليد مي­شود چگونه با توجه به عايق بودن تسمه بار الکتريکي به سطح خارجي تسمه و سپس به زمين يا کلاهک منتقل مي­شود پاسخ آن را بايد در نسبي بودن نارسانايي تسمه جستجو کرد نارسانايي يک جسم نسبي است معمولاً يک لايه نازک مانند هوا در برابر برق 220ولت نارسانا است ولي در مقابل برق با ولتاژ 20000ولت ديگر به اندازه قبل نارسانا نيست به همين علت فاصله سيم­هاي برق با ولتاژ بالا را زياد در نظر مي­گيرند اختلاف پتانسيل توليد شده در واندوگراف بسيار زياد است و اين اختلاف پتانسيل زياد الکترون را قادر مي­سازد تا از سه کوانتمي تسمه گذشته و به سطح خارجي تسمه برسد لذا بارهاي اضافي غلتک­ها از طريق يونيزاسيون هوا و عبور کوانتمي از سه تسمه به زمين و کلاهک مي­رسد.
آزمايش­هاي جانبي واندوگراف
1- فرفره­ي الکتريکي :
اگر مطابق شکل فرفره­اي فلزي که با اصطکاک بسيار کمتر روي سوزن نوک تيز مي­تواند بچرخد درست کرده روي کلاهک مولد واندوگراف قرار دهيم بعد از روشن شدن دستگاه در جهت نشان داده شده شروع به چرخش مي­کند طبق قانون سوم نيوتن وقتي مولکولهاي هوا به نوک تيز فرفره که تراکم بار زيادي دارند برخوردمي­کننديونيزه­مي­شوندونيرويرو به عقبي را ايجاد مي­کند و باعث چرخش فرفره مي­شوند مانند شکل
2- مشاهده چگالي سطحي بار الکتريکي بيشتر در نقطه­هاي نوک تيز :
اگر چند تکه سبک را روي يک مخروط فلزي قرار دهيم و آن را به مولد واندوگراف وصل کنيم مي­بينيم که تکه کاغذهاي واقع در قسمت نوک تيز مخروط بيشتر از همه پرتاب مي­شوند. يعني تراکم بار در نقاط نوک تيز جسم رسانا بيشتر است.
3- نخ­هاي افشان :
اگر يک در چند رشته نخ را در يک فيش فلزي مخصوص محکم کنيم دو يا نخ­هاي را دور حلقه فلزي وصل مي­کنيم و آن را به کلاهک دستگاه وصل کنيم نخ­ها از هم باز مي­شوند و به صورت شعاعي قرار مي­گيرند زيرا هواي اطراف کلاهک يونيزه مي­شود.و نخ­ها باردار کرده است و هر نخ مي­خواهد از نخ ديگر حداکثر فاصله را داشته باشد.
4- گلوله­هاي رساناي سبک در استوانه شفاف :
اين استوانه با دو قاعده ( بالا و پايين ) رسانا مي­باشد گلوله­هاي سبک و رسانا در درون آن واقع شده­اند. وقتي اين استوانه به کلاهک دستگاه وصل مي­شود گلوله­ها شروع به حرکت رفت و برگشت به بالا و پايين مي­کنند زيرا از قاعده­ي پاييني بار ( - ) دريافت و به شدت از اين قاعده دفع مي­شوند و وقتي به قاعده بالايي مي­رسند بار الکتريکي خود را به آن مي­دهند و دوباره مي­افتند و اين عمل را آن قدر تکرار مي­کنند تا دو قاعده بالايي و پاييني هم پتانسيل شوند و در اين حالت گلوله­ها به حالت معلق در استوانه باقي مي­مانند.
5- استوانه فاراده :
با اتصال يک استوانه بلند و باريک به کلاهک دستگاه اين استوانه باردار مي­شود اما باري در آن توليد نمي­شود زيرا گلوله­هاي سبک ( آونگ دوگانه ) از هم فاصله گرفته­اند يعني کل بار الکتريکي استوانه در سطح خارجي آن است و با يک صفحه­ي آزمون و الکتروسکوپ اين نتيجه را مي­توان تأييد کرد.
البته اين آزمايش را مي­توان به اين صورت هم مي­توان انجام داد که استوانه را به طور عمودي به کلاهک وصل کنيم، و وقتي دستگاه روشن است گلوله­هاي سبک را عمودي به درون آن بياندازيم مشاهده مي­شود که هيچ حرکتي در درون ليوان ندارند يعني بار الکتريکي در سطح داخلي ليوان وجود ندارد.
6- روشن و خاموش شدن لامپ نئون ( مهتابي ) در نزديکي کلاهک :
وقتي يک لامپ نئون را به کلاهک نزديک مي­کنيم وقتي بار کافي در کلاهک جمع شده باشد با تخليه­ي آن به لامپ يک لحظه روشنايي لامپ ديده مي­شود و بعد خاموش مي­شود. ( و همين طور با لامپ فازمتر هم مي­توان اين آزمايش را انجام داد) و اين عمل مرتباً ادامه پيدا مي­کند.
7- انحراف شعله شمع :
اگر شمع را روشن کرده در مقابل نوک تيز يک ميله فلزي وصل شده به کلاهک واندوگراف قرار دهيم موقع روشن شدن دستگاه شعله شمع انحراف پيدا مي­کند با توجه به يونيزه شدن بسيار زياد مولکولهاي هوا اطراف قسمت نوک تيز و دفع يون­هاي هم نام و جذب سون­هاي نام هم نام جرياني از هوا در فضاي اطراف به وجود مي­آيد و شعله شمع در مجاورت دستگاه خم مي­شود.

اين مولد داراي دو سيم تحريك سري و موازي با آرميچر مي باشد. مولد كمپوند از نظر اتصالات سيم پيچ داراي دو نوع هستند: 1- مولد كمپوند با انشعاب بلند 2- مول ...

کاربرد مولدهاي جريان مستقيم از مولدهاي جريان مستقيم بيشتر به عنوان منبع انرژي براي تحريك مولدهاي نيروگاهي و ماشينهاي خودكار، هواپيماها، جوشكاري با قوس ...

● مقدمه ماهيان مولد؛ سازنده نسل بعدي براي پرورش يا بازسازي ذخاير آبزيان مي باشد ؛ بنابر اين اگرمولدي از لحاظ بهداشتي سالم نباشند نسل به وجود آمده از آ ...

مقدمه ماهيان مولد؛سازنده نسل بعدي براي پرورش يا بازسازي ذخاير آبزيان مي باشد ؛ بنابر اين اگرمولدي از لحاظ بهداشتي سالم نباشند نسل به وجود آمده از آنها ...

با توجه به اينکه کبک، بومي مناطق مختلف ايران است و گوشت و تخم بسيار مقوي و لذيذ دارد همواره به عنوان محصولي شکاري و باارزش شناخته مي‌شود. امروزه با تو ...

در اين مولد مدار تحريك با آرميچر به صورت موازي وصل مي شود. جريان تحريك تابع ولتاژ خروجي و مقاومت مدار تحريك است و قسمتي (حدود 2 تا 3 درصد) از جريان آر ...

ديد کلي نيروگاه هسته اي مانند هر مرکز مولد برق با هدف توليد برق ايجاد مي شود. توليد برق کار مشکلي به نظر نمي رسد. هر يک از شما احتمالا تکمه فلاش عکاسي ...

موتور هاي چند فاز موتورهاي چند فازه موتورهاي متناوبي هستند که به صورت دو يا سه فاز کار مي کنند . هر دو از لحاظ ساختماني مشابه بوده و فقط اتصال داخلي ک ...

دانلود نسخه PDF - مولد واندوگراف