جهاز يستخدم لتوليد الكهرباء الساكنة ذات الفولتية الكبيرة، الكهرباء الساكنة هي نوع من الشحنات المتولدة عن تراكم الشحنات على سطح مادة بسبب احتكاك مادتين، ولكل من المادتين نفس مجموعة البروتونات والإلكترونات الموجبة. ؛ توازن الذرات في مادتين غير متوازن ؛ الشحنات السالبة والإلكترونات بعد الاحتكاك تنتقل من مادة إلى حالة موجبة الشحنة وتنجذب إلى مادة أخرى مما يجعلها سالبة الشحنة. جهاز يستخدم لتوليد الكهرباء الساكنة ذات الجهد العالي؟ هؤلاء هم: المولد (فان دي جراف) هو مولد يولد كهرباء ثابتة، وهو جهاز اخترعه العالم روبرت جيمسون فان دي جراف في الولايات المتحدة عام 1929.
كيف يعمل فان دي جراف
تم تعريف جهاز Van de Graaff على أنه مولد كهربائي يولد كهرباء ثابتة، وقد اخترعه العالم روبرت جيمسون في عام 1929 ؛ إذا كان يولد جهدًا عاليًا جدًا، ويتكون هذا الجهاز من كرة معدنية مجوفة (قبة) على قضيبين عازلين، بالإضافة إلى حزام عازل من الحرير أو المطاط يقوم بتدوير بكرتين متباعدتين، واحدة في الأسفل مدفوعة بمحرك كهربائي و الآخر في الأعلى، يدور تحت تأثير الحزام، ويمر الحزام وهو يدور، له عمودان، أحدهما في الأعلى والآخر في الأسفل، وهما حافتان، كل منهما له أسنان شحذ في الاتجاه من الحزام، حيث تعمل البطارية على إمداد القطب السفلي بجهد 10000 فولت مقارنة بالأرض. وبالتالي، يتم توليد الشحنات الموجبة، والتي يتم سحبها بواسطة الحزام الذي يحملها إلى الكرة المعدنية، وتؤدي هذه الشحنة إلى تحريض شحنة سالبة. على القطب العلوي وشحنة موجبة على السطح الكروي الذي يربطه بالنهاية الحادة للقطب العلوي ؛ فيما يتعلق بالمجال الكهربائي القوي حول أسنان القطب العلوي، فإن هذا يؤين الهواء ويزيل الشحنات السالبة التي يولدها الحزام قبل أن يصل إلى البكرة العلوية، وبالتالي تتكرر العملية حتى تظهر شحنة موجبة للسطح الكروي وتظهر الشحنة السالبة. يمكن أن يصل فرق الجهد إلى مليون فولت مقابل القوة الأرضية.
نظرًا لأن حجم الجهد المتولد يعتمد على ما يلي:
- أولا مساحة القبة المعدنية.
- ثانياً: الأحوال الجوية المحيطة من حيث: (الرطوبة، الحرارة، الضغط وغيرها).
مكونات فان دي جراف
يتكون جهاز Van de Graaff من عدة أجزاء يمكننا التعرف عليها ؛ تبدو هكذا:
قبة معدنية
حزام
لأريد
محرك كهربائي
قاعدة مروّضة
تنتقل الشحنات في هذا المولد إلى حزام النقل عند النقطة A ثم تنتقل من الحزام الناقل إلى القبة المعدنية عند النقطة B. بالإضافة إلى ذلك، يقوم المحرك الكهربائي بالعمل اللازم لزيادة الجهد الكهربائي.
يستخدم مولد Van de Graaff
جهاز Van de Graaff محدود الاستخدام اليوم، ويقتصر استخدامه على الأغراض الأكاديمية كوسيلة توضيحية لشرح السلوك الكهروستاتيكي للجزيئات والكهرباء الساكنة بشكل عام ؛ كان الغرض من تصميمه الأصلي هو استخدامه كمسرع للجسيمات، ويستخدم الآن في المختبرات العلمية كطريقة لشرح السلوك الكهروستاتيكي للجسيمات ؛ عمل العلماء بجد لتطوير جهاز Van de Graaff، حيث تمتلك العديد من الجامعات ومراكز الأبحاث الأمريكية هذا الجهاز لإجراء التجارب والأبحاث المتعلقة بمجالها ؛ وبالتالي، لا يمكننا أن ننسى أن مولد Van de Graaff كان من أولى الطرق المستخدمة في دراسة الفيزياء النووية قبل اكتشاف تقنيات تسريع الجسيمات المتقدمة الحديثة، على الرغم من الاستخدام المحدود لمولد Van de Graf اليوم ؛ كما أنها تركت بصمة على تاريخ الفيزياء النووية في مجال البحث الجزيئي.
تشمل عيوب هذا الجهاز ما يلي: لا يعمل في الطقس الرطب ؛ يفقد جزءًا كبيرًا من الشحنة الكهربائية المتكونة عليه في الهواء الخارجي.
