مولد فان دي غراف

موضوع: مولد فان دي غراف الجمعة مارس 20, 2009 2:00 pm

مولد فان دي غراف
Van de Graff Generator

مولد فان دي غراف جهاز مصمم لكي يولد كهرباء سكونيه ويجعلها متوفره للتجارب.

صمم هذا الجهاز سنة 1931 من قبل طالب فيزياء وقد استعمل بشكل أساس لغرض مسارعة الالكترونات لإجراء التفاعلات النووية وانتاج أنواع الأشعة المختلفة .

مولد فان دوي غراف والمجال الكهربائي : يؤدي فرق الجهد الكبير الناتج عن مولد فان دي غراف إلى إحداث مجال كهربائي قوي ، وهذا المجال يقوم ببعض الأعمال التي تثير الدهشة والاستغراب ولكنه لا يستطيع الاستمرار بها بالنظر لأن فرق الجهد ينهار فجأة ويصل إلى الصفر . إن التيار الذي يتولد عن جهاز فان دي غراف هو تيار ضعيف جداً على الرغم من فرق الجهد العالي فيه .

هناك نوعان من مولدات فان دي غراف:
نوع يحتاج إلى مصدر جهد عالي جداً لشحنه.
نوع يستخدم الحزام المتحرك ( السير ) أو القشاط Conveyors Belt والأسطوانات لتوليد الشحنات .
وسنركز على النوع الثاني هنا.

هذا المولد يتكون من :

محرك ( موتور ).

اسطوانتين .

حزام متحرك (سير) أو قشاط.

فرشاتين معدنيتين..

مخرج الجهاز وهو في العاده كرة من الالمنيوم أو قطعه معدنية.

وتستطيع رؤية هذه الأجزاء في الشكل التالي :

شحن المولد:
عند تشغيل المحرك ( Motor ) أو تحريك الجهاز يدوياً تبدأ الأسطوانات بالحركة فيتحرك الحزام المستعمل بهما , وعند دوران الحزام فإن المشط المكون من مجموعة كبيرة من الأسنان الحادة يبدأ بنشر رذاذ من الشحنات الكهربائية على الحزام وينقلها الحزام إلى الجزء العلوي , حيث هناك مشط آخر متصل بالجزء الداخلي من قبة معدنية . تكتسب القبة المعدنية الشحنة فتتوزع على سطحها الخارجي وينتج عن هذا التجمع الهائل للشحنة فرق جهد عال جداً . تعتمد كمية فرق الجهد الناتج على الجهد الذي يسبب انهيار الهواء المجاور .

تؤدي الطاقة الحركية إلى فقدان المشط المعدني السفلي لكمية هائلة من الكترونات يقوم الهواء المجاور بتعويضها , لذلك يعتمد فرق الجهد الناتج على انهيار جهد الهواء .

يستطيع الهواء الموجب ( لماذا أصبح موجباً ؟؟) المرور للوصول إلى الأسطوانة ( القبة ) لأن الحزام الموجب يتنافر معه ولا يسمح له بالمرور .

من المتوقع أن تصل كمية الشحنة على الأسطوانة إلى أرقام كبيرة يصعب تخيلها , ولكن الغبار والشوائب التي تحيط بنا تسمح لقسم كبير منها بالتسرب مما يخفض من قيمتها .

ملاحظة أخيرة:
عادة في مولدات فان دي غراف تكون الأسطوانه العليا من مادة متعادلة لهذا تتعادل شحنة السير بعد أن تكتسب الكرة شحنته لذلك هنا استخدمنا النايلون وهو موجباً لذا كان هناك إنتاج مضاعف للشحنه الموجبة التي يعطيها السير للكرة ويصبح هو سالباً . هذا التكنيك يضاعف التيار فالسير يكون موجباً على إحدى جهتيه وهو يقترب من الأسطوانه العليا وسالباً على الجهة الأخرى وهو يقترب من الأسطوانه السفلى.

نصائح لاستخدام الجهاز :
إذا كان مولدك لا يبدو أنه يشحن جيداً تأكد من أنه نظيف . تجنب الزيوت ، الشوائب وبإمكانك استعمال مجفف الشعر للتخلص من الرطوبه .( اقوم بفعل هذا كلما شغلت الجهاز واحصل دائماً على نتائج أفضل ) افعل هذا وسترى الفرق.

إذا اردت مشاهدة الشراره بلونها الازرق أثناء عملية التفريغ فيفضل تعتيم الغرفة.

مفاهيم خاطئه: إنه ليس الاحتكاك

الشحنات الكهروستاتيكيه لا يولدها الاحتكاك . البعض يفترض أن هذه هي الحالة. دلك البالون بشعرك أو مشيك على السجاده يولد الشحنات. الكهروستاتيكيه والاحتكاك يتشابهان بأنهما نتاج إضافه ( زيادة مساحة سطح التماس بين الأجسام ).

دلك المواد ببعضها يزيد الشحنه الكهروستاتيكيه عليها بسبب زيادة مساحة التماس بينهما لكن الاحتكاك نفسه ليس له دخل بالعمليه.

الشعر الواقف:
لإجراء هذا الاختبار يمكنك أن تختار فتاة شعرها مسبل وأملس شريطة أن تكون معزولة عن الأرض عزلاً تاماً . اجعل الفتاة تضع يدها على قبة الجهاز ثم اشحنه بتشغيله . لاحظ ما يحدث .
يمكنك إجراء التجربة بوضع بوضع شعرات على قبة الجهاز وملاحظة ما يحدث لها .

إضاءة مصباح النيون :
قم بإجراء مماثل لما سبق في (1) ، بعد أن تشحن الجهاز دع الطالب ( الطالبة ) يمسك مصباح نيون بيده ، ماذا يحدث ؟ فسر لماذا !؟؟

تجربة فقاعات الصابون :
انثر قليلاً من فقاعات الصابون في قبة الجهاز ( أسطوانة ) ، ماذا يحدث ؟؟ اكتب ملاحظاتك أولاً ، ثم فسرها ؟

تحريك حلقات ألومنيوم الستارة :
اشحن الطالب ( كما ذكر أعلاه ) اجعل الطالب يشير باصبعه نحو حلقات ستارة من الألومنيوم على بعد 2 ـ 3 م . ماذا يحدث ، اكتب مشاهداتك أولاً , ثم فسرها ؟؟

عملية تفريغ الجهاز وملاحظة الشرارة :
يمكنك أن تجري عملية التفريغ بوصل كرة معدنية بالمولد ( كما في الشكل ) . ماذا تشاهد ؟ فسر مشاهدتك ؟؟
إذا لم تكن المشاهدة واضحة ، فعتم الغرفة التي تجري فيها التجربة .

» مولد التيار المستمر