इलेक्ट्रोस्टॅटिक जनरेटर - डिव्हाइस, ऑपरेशनचे सिद्धांत आणि अनुप्रयोग

इलेक्ट्रिक चार्ज — जेव्हा समान परिमाणाचे दोन विरुद्ध शुल्क रद्द होते तेव्हाची घटना. जर दोन शरीरे, विरुद्ध विद्युत चार्जने जोरदारपणे चार्ज केली जातात, एकमेकांपासून जवळच्या अंतरावर असतील, तर त्यांच्यामध्ये एक ठिणगी उडी मारते आणि एक लहान पॉपिंग आवाज ऐकू येतो.

विद्युतभारित शरीराच्या दुसर्‍यावरील क्रिया बल, ज्याचा चार्ज एकक म्हणून घेतला जातो, त्याला संभाव्य म्हणतात. संभाव्य फरक व्होल्टेज आहे.

मिळवण्याचे पहिले मार्ग विद्युत शुल्क आणि इलेक्ट्रोस्टॅटिक फील्डमध्ये विविध पदार्थांचे घर्षण (फर, लोकर, रेशीम, चामडे आणि इतर साहित्य काच, राळ, रबर इ.). त्याच वेळी, व्होल्टेज आणि शुल्क अत्यंत लहान होते. यांत्रिक हस्तांतरणाद्वारे इंडक्शन आणि शुल्क जमा केल्यामुळे परिणामी व्होल्टेजमध्ये थोडीशी वाढ शक्य झाली.

त्यानंतर, उच्च व्होल्टेज मिळविण्यासाठी, इलेक्ट्रोस्टॅटिक मार्गदर्शन (इंडक्शन) च्या तत्त्वावर आधारित फिरत्या डिस्कसह सतत कार्यरत मशीन तयार केल्या गेल्या.तथापि, या मशीन्समुळे उच्च शक्ती प्राप्त करणे शक्य झाले नाही आणि मुख्यतः शैक्षणिक संस्थांच्या भौतिकशास्त्र कार्यालयांमध्ये उपकरणे म्हणून अनुप्रयोग आढळला.

शरीराचे विद्युतीकरण आणि इलेक्ट्रोस्टॅटिक इंडक्शन

विद्युत शुल्काच्या मुख्य भागाला संदेश म्हणतात विद्युतीकरण… लेखात वर्णन केले आहे शरीराचे विद्युतीकरण आणि शुल्काचा परस्परसंवाद सकारात्मक आणि नकारात्मक आयनांच्या निर्मितीची प्रक्रिया शरीराच्या विद्युतीकरणाच्या प्रक्रियेची कल्पना देते: यात एका शरीरातून दुसर्‍या शरीरात इलेक्ट्रॉनचे हस्तांतरण होते.

अशाप्रकारे शरीरातील विद्युतभार शरीरातील अतिरिक्त किंवा कमतरतेद्वारे निर्धारित केला जातो. इलेक्ट्रॉन… विविध मार्गांनी शरीराचे विद्युतीकरण करणे शक्य आहे, ज्यामध्ये घर्षण, संपर्क, दिशा, चार्ज हस्तांतरण तांत्रिक आहेत.

उलट प्रक्रिया — शरीराच्या तटस्थ अवस्थेची पुनर्संचयित करणे (न्युट्रलायझेशन) — त्यात इलेक्ट्रॉनची गहाळ संख्या देणे किंवा त्यातील जास्ती काढून टाकणे समाविष्ट आहे.

घर्षणाद्वारे विद्युतीकरणादरम्यान, जर बाहेरून संपर्क करणार्‍या शरीरांपैकी एकाला कोणतेही अतिरिक्त शुल्क दिले गेले नाही, तर दोन्ही शरीरांवर वेगवेगळ्या चिन्हांच्या समान प्रमाणात वीज आकारली जाते. जेव्हा शरीरे जोडली जातात तेव्हा त्यांचे शुल्क पूर्णपणे तटस्थ केले जाते.

अशा प्रकारे, शुल्क तयार किंवा नष्ट केले जात नाही, परंतु केवळ एका शरीरातून दुसऱ्या शरीरात हस्तांतरित केले जाते. उदाहरणार्थ, इलेक्ट्रिक चार्जेसच्या संरक्षणाच्या कायद्याच्या अस्तित्वाची हे आपल्याला खात्री देते ऊर्जा संवर्धन कायदा.

स्थिर वीज - विश्रांतीवर इलेक्ट्रिक चार्ज. दोन नॉन-कंडक्टर किंवा नॉन-कंडक्टर आणि धातू (उदा. मोटर ड्राईव्ह बेल्ट) यांच्यातील घर्षणाचा परिणाम म्हणून उद्भवते, परंतु ठोस शरीरे आवश्यक नाहीत.

काही द्रव किंवा वायूंच्या घर्षणातूनही स्थिर वीज निर्माण होऊ शकते. खूप कोरडी त्वचा असलेल्या लोकांमध्ये विद्युत शुल्क जमा होते. हालचाली दरम्यान (त्वचेवर तंतू घासणे), फॅब्रिकमध्ये महत्त्वपूर्ण स्थिर विद्युत चार्ज होतो, फॅब्रिक शरीराला चिकटून राहते आणि हालचाल प्रतिबंधित करते.

ज्वलनशील आणि स्फोटक वातावरणात स्थिर वीज धोकादायक बनते जिथे एक ठिणगी संपूर्ण वस्तुमान पेटवू शकते. या प्रकरणात, स्थिर चार्ज ताबडतोब जमिनीवर किंवा हवेत काही धातूच्या उपकरणाद्वारे सोडणे आवश्यक आहे ज्याची चालकता आर्द्रता किंवा विकिरणाने वाढविली जाऊ शकते.

इलेक्ट्रोस्टॅटिक प्रेरण — वायरच्या जवळ असलेल्या इतर शुल्कांच्या प्रभावाखाली वायरवर विद्युत शुल्क दिसणे (अंतरावर शरीराचे विद्युतीकरण).

बाह्य शुल्काच्या कृती अंतर्गत, कंडक्टरच्या सर्वात जवळच्या टोकाला एक चार्ज प्रेरित (उद्भवतो) होतो, ज्याचे चिन्ह बाहेरून कार्य करणाऱ्या चार्जच्या चिन्हाच्या विरुद्ध असते आणि कंडक्टरच्या दूरच्या टोकाला, ए. समान चिन्हाचा चार्ज. या प्रकरणात, दोन्ही प्रेरक शुल्क परिमाणात समान आहेत, म्हणजेच, इंडक्शनमुळे वायरवरील शुल्कांचे फक्त पृथक्करण होते, परंतु वायरवरील एकूण शुल्क बदलत नाही (प्रेरित शुल्काची बेरीज शून्य असल्याने).

प्रेरित शुल्काची परिमाण आणि त्यांचे स्थान कंडक्टरच्या आत कोणतेही इलेक्ट्रोस्टॅटिक फील्ड नसावे या स्थितीद्वारे निर्धारित केले जाते. म्हणून, प्रेरित शुल्क असे स्थानबद्ध केले जाते जेणेकरुन ते तयार केलेले विद्युत क्षेत्र प्रेरक शुल्काद्वारे तयार केलेल्या वायरच्या आतील क्षेत्राचा नाश करते.

इलेक्ट्रोस्टॅटिक इंडक्शनचे उदाहरण: चार्ज न केलेल्या इलेक्ट्रोस्कोपमध्ये दोन्ही विद्युत शुल्क, सकारात्मक आणि ऋण, समान प्रमाणात असतात आणि त्यामुळे इलेक्ट्रोस्कोप विद्युतीकृत होत नाही.

जर सकारात्मक चार्ज असलेली काचेची रॉड जवळ आली तर मुक्त इलेक्ट्रॉन एकाच वेळी तिच्याकडे आकर्षित होतील आणि इलेक्ट्रोस्कोपचा सकारात्मक चार्ज एकाच वेळी मागे घेतला जाईल.

नकारात्मक शुल्क काचेच्या रॉडच्या जवळ केंद्रित केले जाते, त्यास जोडलेले असते, तर सकारात्मक शुल्क मागे टाकले जाते आणि म्हणून इलेक्ट्रोस्कोपच्या मागील बाजूस स्थित असते - ते विनामूल्य आहे.

इलेक्ट्रोस्कोप आता विद्युतीकृत आहे. तथापि, ही स्थिती फार काळ टिकणारी नाही. काचेची रॉड काढून टाकणे फायदेशीर आहे, कारण चार्जचे सकारात्मक आणि नकारात्मक मध्ये पृथक्करणाचे उल्लंघन केले जाते, इलेक्ट्रोस्कोपची तटस्थ स्थिती पुनर्संचयित केली जाते आणि त्याची पाने त्यांच्या मूळ स्थितीत परत येतात.

इलेक्ट्रोस्कोप — एक उपकरण ज्याद्वारे शरीराला कोणत्या चार्जने विद्युतीकरण केले जाते हे निर्धारित करणे शक्य आहे. यात वरच्या टोकाला बॉल किंवा प्लेट असलेली धातूची रॉड आणि तळाशी दोन फ्री-हँगिंग मेटल शीट्स असतात. इलेक्ट्रोस्कोपचे ऑपरेशन तत्त्वावर आधारित आहे: समान नावाचे शरीर एकमेकांना दूर करतात (पहा - इलेक्ट्रोस्कोपच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत).

इलेक्ट्रोस्टॅटिक प्रेरण हे कारणांपैकी एक आहे निसर्गात वीज चमकणे, — वातावरणातील स्थिर विजेचे सर्वात शक्तिशाली आणि धोकादायक प्रकटीकरण.

विजा हे ढगांचे वैयक्तिक भाग, वैयक्तिक ढग, ढग आणि पृथ्वी, पृथ्वीपासून ढग यांच्या दरम्यान वातावरणातील विजेचे डिस्चार्ज आहे. दुस-या शब्दात, विद्युल्लता कमी कालावधीचा विद्युत प्रवाह, विद्युत संभाव्यतेची बरोबरी करणारी विद्युत ठिणगी म्हणून परिभाषित केली जाऊ शकते.

35 गडगडाटी वादळ आणि विजा बद्दल वारंवार विचारले जाणारे प्रश्न

व्हॅन डी ग्राफ इलेक्ट्रोस्टॅटिक जनरेटर

वैज्ञानिक आणि तांत्रिक हेतूंसाठी (उदाहरणार्थ, परमाणु भौतिकशास्त्र, रेडिओबायोलॉजी, क्ष-किरण थेरपी, सामग्री चाचणी, दोष शोधणे इ.) अनेक दशलक्ष व्होल्टचे व्होल्टेज निर्माण करू शकणारी उपकरणे आवश्यक आहेत.

अशी उपकरणे उच्च थेट व्होल्टेजसह तांत्रिकदृष्ट्या प्रगत इलेक्ट्रोस्टॅटिक जनरेटर आहेत. त्यापैकी सर्वात प्रसिद्ध व्हॅन डी ग्राफ जनरेटर आहे, जो 1829 मध्ये अमेरिकन भौतिकशास्त्रज्ञाने तयार केला होता. रॉबर्ट व्हॅन डी ग्राफ (1901 - 1967).

व्हॅन डी ग्राफ जनरेटर (1933) 7 मेगाव्होल्टच्या व्होल्टेजसह

जनरेटर हा एक धातूचा पोकळ बॉल आहे जो इन्सुलेट सामग्रीच्या उंच पोकळ स्तंभावर बसविला जातो. बॉलचे परिमाण आणि स्तंभाची उंची जनरेटरच्या आवश्यक व्होल्टेजच्या मर्यादेद्वारे निर्धारित केली जाते (उदाहरणार्थ, 5 एमव्हीच्या व्होल्टेजसह जनरेटरसाठी, बॉलचा व्यास 5 मीटरपर्यंत पोहोचतो). इन्सुलेट सामग्रीचा (रेशीम, रबर) अंतहीन पट्टा स्तंभाच्या आत फिरतो, जो गोलामध्ये शुल्क हस्तांतरित करण्यासाठी कन्व्हेयर म्हणून काम करतो.

जसजसे तुम्ही वर जाता, तसतसे स्ट्रिप स्त्रोताच्या एका खांबाला जोडलेल्या ब्रशच्या मागे उपकरणाच्या तळाशी धावते. थेट वर्तमान सुमारे 10,000 V चा व्होल्टेज (एक योग्य रेक्टिफायर हा स्त्रोत म्हणून काम करू शकतो) त्याच्या पहिल्या इलेक्ट्रोस्टॅटिक जनरेटरची रचना करताना, व्हॅन डी ग्राफने हे उपकरण वापरले व्हॅक्यूम ट्यूबसह.

व्हॅन डी ग्राफ इलेक्ट्रोस्टॅटिक जनरेटर डिव्हाइस

या ब्रशच्या टिपांमधून, चार्ज बेल्टवर खाली वाहतात, जे त्यांना बॉलच्या आत घेऊन जातात आणि दुसऱ्या ब्रशद्वारे ते बॉलच्या बाह्य पृष्ठभागावर जातात.टेपचा चार्ज न केलेला भाग खाली हलवण्याची प्रक्रिया सुधारण्यासाठी, चार्ज केलेल्या बॉलमधून ब्रशच्या मदतीने विरुद्ध चिन्हाचे शुल्क हस्तांतरित केले जाते.

इलेक्ट्रोस्टॅटिक इंडक्शनमुळे, ब्रशवर नकारात्मक चार्ज दिसून येतो, जो डिस्चार्जद्वारे बेल्टच्या उतरत्या भागाकडे जातो. हे शुल्क नंतर ब्रश आणि ग्राउंड केलेल्या लोअर रोलरवर हस्तांतरित केले जाते, ज्याद्वारे ते जमिनीवर सोडले जाते.

टेप पुढे सरकत राहिल्याने, बॉलचा व्यास आणि त्यापासून दुसर्‍या इलेक्ट्रोडपर्यंत किंवा जमिनीपर्यंतच्या अंतराने निर्धारित केलेल्या पूर्वनिर्धारित थ्रेशोल्ड मूल्यापर्यंत बॉलवरील चार्ज वाढत जातो.

टेप पुढे सरकत राहिल्याने, बॉलचा व्यास आणि त्यापासून दुसर्‍या इलेक्ट्रोडपर्यंत किंवा जमिनीपर्यंतच्या अंतराने निर्धारित केलेल्या पूर्वनिर्धारित थ्रेशोल्ड मूल्यापर्यंत बॉलवरील चार्ज वाढत जातो.

व्होल्टेज वाढविण्यासाठी, अशी दोन उपकरणे स्थापित केली जातात, ज्यामध्ये बॉल्स उलट चिन्हांचे शुल्क प्राप्त करतात. म्हणून, उदाहरणार्थ, 10 MV चा व्होल्टेज मिळविण्यासाठी, दोन जनरेटर वापरले जातात, ते जमिनीच्या संदर्भात +5 MV आणि -5 MV वर चार्ज केले जातात आणि एकमेकांपासून इतक्या अंतरावर स्थापित केले जातात की व्होल्टेजमध्ये बिघाड होण्याची शक्यता कमी असते. दिलेल्या पेक्षा बंद आहे.

सध्या, इलेक्ट्रोस्टॅटिक जनरेटरचे विविध मॉडेल्स मोठ्या संख्येने आहेत, ज्यामध्ये व्हॅन डी ग्राफ डिझाइनची पुनरावृत्ती होते. ते शारीरिक प्रयोगांसाठी आणि मनोरंजन आणि कृती प्रात्यक्षिकांसाठी आकर्षण म्हणून वापरले जातात. स्थिर वीज.

हे मजेदार आहे: ट्रायबोइलेक्ट्रिक इफेक्ट नॅनोजनरेटर (TENG)