Van de Graaff Gerator Parts, como funciona, aplicações

Ele Generador Van de Graaff É um artefato que funciona graças aos fenômenos eletrostáticos e cuja função consiste em reproduzir enormes potenciais elétricos, na ordem dos mega -eletronvolts (MEV), para acelerar partículas subatômicas. Tais potenciais estão concentrados em suas partes superiores, onde descansam esferas de metal e oco.

Foi inventado em 1929 pelo físico americano Robert J. Van de Graaf, construindo modelos de tamanhos diferentes e recursos elétricos. Um dos maiores, criados em 1933 e observado na imagem inferior, é capaz de atingir um potencial elétrico de 5mev; cinco vezes menos do que você pode obter (25.5mev).

Um dos maiores geradores de van de Graaf já construído, localizado no Museu de Ciências de Boston. Fonte: além do meu Ken, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

É tanto o potencial do gerador van de Graaff, que no ar ao redor de suas esferas de metal, existem descargas elétricas. Essas descargas são o produto do desequilíbrio de cargas elétricas, pois as esferas adquirem cargas elétricas muito negativas ou muito positivas; Tudo dependendo dos materiais e de seus projetos.

Este artefato é bastante popular no ensino de física e eletricidade. Isso ocorre porque os voluntários, ao tocar nas esferas ou cúpulas de metal de pequenos geradores, experimentam um levantamento involuntário de seus cabelos, o que se lembra de uma eletrocução.

[TOC]

Peças do gerador de van Graaff

Representação simplificada da operação de um gerador de van de graff. Fonte: DAKE, modificado por gonfer00, CC BY-SA 2.5, via Wikimedia Commons

Na imagem superior, temos as peças convencionais para um gerador de van Graaff. Possui uma estrutura vertical coberta por uma esfera oca ou cúpula de metal (1). No interior, temos uma banda ou cinto (4 e 5) feita de material polimérico e isolante, como o tubo cirúrgico.

Pode servir a você: velocidade angular média: definição e fórmulas, exercícios resolvidos

Este cinto se move constantemente entre dois rolos: um superior (3) e um inferior (6). Da mesma forma, cada rolo possui um pincel de metal anexado (2 e 7) que toca a superfície da correia. O movimento da correia é ativado por um motor elétrico conectado à base do gerador.

Como pode ser visto na imagem, a esfera do gerador é carregada positivamente (+). Portanto, precisa de elétrons para fornecer desequilíbrio elétrico. É aqui que os elétrons (-) que deixam o gerador acabam carregando negativamente um dispositivo metálico próximo (8); Finalmente produzir um choque elétrico (9) na direção da cúpula metálica.

O choque elétrico pode acontecer na direção da cúpula ou na direção do dispositivo; O último ocorre quando é a cúpula que é carregada negativamente.

Como funciona um gerador de van de graffe?

Série triboelétrica

O gerador van de Graaff pode ser positiva ou negativamente. O símbolo da carga dependerá da natureza triboelétrica dos materiais com os quais o cinto e o revestimento do rolo inferior são feitos.

Por exemplo, se o rolo inferior for coberto com nylon, mas sendo a correia de borracha, a série triboelétrica deve ser verificada para saber qual material receberá e quais doarão os elétrons assim que entrarem em contato.

Assim, o nylon por ser mais positivo, isto é, estar mais adiante na série triboelétrica do que a borracha, então perderá elétrons enquanto a borracha os ganhará. Portanto, o cinto acabará se movendo ou mobilizando cargas negativas quando o motor do gerador estiver ligado.

Pode atendê -lo: esforço de corte: como é calculado e resolvido

Enquanto isso, se o rolo inferior for revestido com silicone, o oposto acontecerá: o cinto perderá elétrons, pois o silicone é mais negativo que a borracha na série triboelétrica. E, consequentemente, o cinto deslocará ou mobilizará cargas positivas (como na imagem já descrita).

Deslocamento de carga

A triboeletricidade é apenas um dos muitos fenômenos elétricos (coroa e efeitos fotoelétricos, balde de gelo de Faraday, campos elétricos, etc.) que ocorrem no gerador Van de Graoff. Mas o ponto central é que ele pode se mover, mobilizar ou "bombear" cargas elétricas para a cúpula metálica.

Uma vez que o rolo inferior é carregado negativamente após a operação do motor e a correia positivamente, os elétrons do rolo começam a repelir os da face externa do cinturão. Esses elétrons migram, através do ar, para o pincel inferior, onde serão levados para a terra ou outro dispositivo.

A correia de carga positiva atinge o rolo superior, que possui uma natureza triboelétrica oposta ao rolo inferior; isto é, em vez de cobrar negativamente, deve perder elétrons e, portanto, também cobrar positivamente. Assim, a carga positiva se move para o rolo superior e, finalmente, em direção ao pincel superior em contato direto com a cúpula de metal.

Os elétrons de escova superior são transportados para o rolo para neutralizar cargas. Mas esses elétrons vêm da superfície da cúpula metálica. Portanto, a cúpula também adquire uma carga positiva.

Choque elétrico

A cúpula, de acordo com suas dimensões, atingirá um potencial máximo. Depois disso, as cargas elétricas devem ser equilibradas. Sendo muito positivo, você receberá elétrons de uma fonte muito carregada negativamente: o dispositivo que recebe os elétrons de escova inferior. Assim, há um choque elétrico (faísca) do dispositivo (negativo) para a cúpula metálica (positiva).

Pode atendê -lo: higroscopicidade: conceito, substâncias higroscópicas, exemplos

Quanto maiores os potenciais elétricos alcançados, proporcionais às dimensões do gerador, mais intensas as descargas elétricas serão reproduzidas. Observe que, se eles não fossem tão grandes, os elétrons não poderiam viajar pelo ar, um meio dielétrico não -motorista.

Formulários

Professores

Os cabelos deste homem são carregados eletricamente e se repelirem porque têm a mesma carga que a esfera de metal do gerador. Fonte: Adam Engelhart via Flickr (https: // www.Flickr.com/fotos/telux/537906436/in/photostream/)

Se a esfera de metal for carregada positivamente, e alguém o tocar, o cabelo deles também será carregado positivamente. Cargas iguais repelem e, portanto, o cabelo se arrepiará e se separará. Este fenômeno é usado para fins educacionais nos cursos onde é introduzido eletrostático.

Assim, os geradores de van de Graaf de tamanhos pequenos são usados ​​para capturar a atenção dos observadores em relação ao burzante de seus cabelos; ou na contemplação de descargas elétricas, réplicas fiéis que vemos em filmes de ficção científica.

Acelerador de partículas

Quando a cúpula concentra muitas cargas elétricas, é gerado um potencial capaz de acelerar partículas subatômicas. Para esse fim, o gerador de van Graaf é usado para reproduzir raios X em estudos medicinais e física nuclear.

Referências

1. Serway, r. PARA. e Jewett, J. C. (2005). Física para Ciência e Engenharia. Volume 2. Sétima edição. Aprendizagem editorial do Cengage.
2. Wikipedia. (2020). Generador Van de Graaff. Recuperado de: em.Wikipedia.org
3. Magnet Academy. (17 de junho de 2019). Generador Van de Graaff. Recuperado de: NationalMaglab.org
4. Universidade de Seattle. (2020). Eletrostática - tigelas de alumínio com gerador de van de graaf. Recuperado de: Seattleu.Edu
5. John Zavisa. (1 de abril de 2000). Como os geradores de van de Graaff funcionam. Recuperado de: ciência.Howstuffwork.com