Wysokie napięcie A4.pdf

A to ciekawe

w czasie burzy – czujemy, że wło-

sy „stają nam dęba”, to powód, by

się zaniepokoić. Świadczy to bowiem

o dużym natężeniu pola elektrycznego,

które przyciąga na wszelkie „wystają-

ce” w górę przewodniki (np. na naszą

głowę) ładunek przeciwny do ładunku

chmury. Duże natężenie pola może

zaś zapowiadać uderzenie pioruna.

W takim przypadku warto natychmiast

znaleźć sobie bezpieczne schronienie.

Najlepiej poszukać jakiegoś rowu lub

dołu – jeśli tam wskoczymy, mamy naj-

większe szanse, że nie ściągniemy na

siebie wyładowania. Najlepiej jednak

schronić się w budynku wyposażonym

w piorunochrony.

Na czym polega ochronne działanie

piorunochronów? Wysoko umieszczo-

ny pręt przewodzący prąd, połączony

z ziemią, ściąga ładunki z atmosfery.

Wyładowanie nastąpi właśnie na tym

przewodzie, omijając inne drogi, gdzie

mogłoby dokonać zniszczeń lub wy-

wołać pożar.

A jak się zachować w trakcie po-

dróży samochodem lub autobusem?

W czasie burzy zaleca się pasażerom

i kierowcy pozostawanie wewnątrz po-

jazdu. Jeśli uderzy w niego piorun, to

w zasadzie prąd powinien przepłynąć

do ziemi po karoserii, zgodnie z re-

gułą rozmieszczania ładunku na ze-

wnętrznej stronie przewodników. Prze-

wodząca osłona chroniąca wnętrze

przed wyładowaniami nazywa się

klatką Faradaya – taką klatką jest też

kopuła w generatorze VdG. Stosuje

się ją także, chroniąc podzespoły elek-

troniczne (pamięci, procesory) przed

zamontowaniem na płycie głównej

komputera. Przypadkowe wyładowa-

nie elektryczne, iskierka powstająca

podczas przypadkowego potarcia,

niedostrzegalna gołym okiem, może

bowiem zniszczyć kość wartą kilkaset

złotych! Ochroną jest zawinięcie ukła-

du scalonego w folię przewodzącą,

pełniącą funkcję klatki Faradaya.

Generator zbudowany przez Roberta J. Van de Graaffa w 1929 roku do dziś można

zobaczyć w akcji. W bostońskim Thomson Theatre of Electricity stanowi główną

atrakcję pokazów dla publiczności

Więcej doświadczeń

W internecie

Uwaga! Wysokie napięcie

nać samodzielnie. Kilka poży-

tecznych wskazówek można zna-

leźć w internecie. Na rysunku obok

przedstawione jest nieco inne urzą-

dzenie: ciekawy wariant maszyny

elektrostatycznej zaprojektowany

przez Kelvina. Składa się ono z naczy-

nia z wodą, z którego ciecz spływa

cienkimi strugami do dwóch naczyń

umieszczonych poniżej tego naczy-

nia. Do każdego z dolnych naczyń

przyspawano drut, na końcu które-

go znajduje się pierścień z blaszki

otaczającej spadającą strugę wody,

przy czym woda powinna rozdzielać

się na krople właśnie wewnątrz pier-

ścienia. Po pewnym czasie w miejscu

krzyżowania się drutów (tam gdzie

odległość między nimi jest niewielka)

zaczynają przeskakiwać iskry.

Generator Van de Graaffa

http://en.wikipedia.org/wiki/Van_de_

Graaff_generator

Chcesz poczuć, jak przepływa przez ciebie 400 000

woltów? Umożliwi ci to Generator Van de Graaffa,

który pokazujemy na naszej wystawie. Wytwarzane

przez niego ładunki powodują powstawanie efektow-

nych iskier. Ale takie same ładunki mogą stać się groź-

nym piorunem lub wyładowaniem niszczącym

komputer. Jak się przed nimi chronić?

Ciekawostki dla zainteresowanych

elektrostatyką

http://amasci.com/emotor/vdg.html

Muzeum Nauki w Bostonie – historia

genaratora Van de Graaffa

www.mos.org/sln/toe/history.html

Zbuduj własny generator VdG

www.amasci.com.

CENTRUM NAUKI

KOPERNIK

CENTRUM NAUKI

KOPERNIK

www.kopernik.org.pl

K iedy – stojąc na otwartym terenie

G enerator VdG można wyko-

Trochę teorii

O historii

dolnej rolki, drugie podobne ostrze,

połączone z kopułą i znajdujące się

naprzeciw górnej rolki.

Wprawienie pasa w ruch (wystarczy

ręczna korbka połączona z dolną rol-

ką, choć najczęściej generatory VdG

są wyposażone w silnik elektryczny)

powoduje rozdzielenie ładunków, czyli

naładowanie pasa i rolki ładunkami

przeciwnymi. Jest to powszechnie zna-

ny efekt „elektryzowania przez potar-

cie” – w podobny sposób powstają

iskierki podczas np. zdejmowania weł-

nianego swetra nałożonego na koszulę

z tworzywa sztucznego. Najczęściej

(jednak nie zawsze! – zależy to od

obu materiałów) rolka elektryzuje się

dodatnio, a pas ujemnie.

Stosunkowo duży ładunek rolki po-

woduje powstawanie na ostrzu ła-

dunku przeciwnego znaku (w naszym

przypadku jest to ładunek ujemny).

Duża koncentracja ładunku na ma-

łej powierzchni ostrza powoduje, że

następuje tzw. wyładowanie koro-

nowe: silne pole elektryczne jonizuje

powietrze wokół ostrza, jony dodatnie

(niezaznaczone na rysunku) wędrują

do ostrza i ulegają tam zobojętnieniu,

a jony ujemne odpływają w stronę

rolki. Na ich drodze przebiega jednak

pas, na którym osiadają i są unoszone

do góry razem z nim.

W ewnątrz kopuły następuje odebra-

nie ładunku z pasa, przy czym górne

ostrze spełnia funkcję podobną do

dolnego, jednak działa w przeciwną

stronę. W tym punkcie trzeba przy-

wołać podaną na początku regułę

– odebrany przez ostrze ładunek na-

tychmiast odpływa na zewnętrzną

stronę kopuły, zatem ostrze działa

jak bramka jednokierunkowa, stop-

niowo gromadząc na kopule coraz

większy ładunek. Nawet niewielki

generator Van de Graaffa, taki jak

pokazywany na naszej wystawie, jest

w stanie wytworzyć napięcie sięgające

400 kV, czyli ponad 1000 razy wyższe

od sieciowego! Na szczęście nie jest

ono w najmniejszym stopniu groźne

dla użytkowników. W najgorszym

przypadku (jeśli nie przestrzega się

poleceń animatorów) można doznać

niemiłego „kopnięcia”, gdyż natężenie

prądu wytwarzanego przez generator

nie przekracza kilkudziesięciu mikro-

amperów. W praktyce po dotknięciu

kopuły napięcie natychmiast spada

prawie do zera, a płynący wtedy nie-

wielki prąd jest już niewyczuwalny

dla człowieka.

Jonizację powietrza wokół nała-

dowanego metalowego ostrza i od-

pychanie jonów tego samego znaku

można obserwować jako tzw. wiatr

elektryczny (np. odchylenie płomienia

świecy od ostrza), gdyż ruch jonów

pociąga za sobą niewielki strumień

powietrza. Jeszcze bardziej efektowne

jest działanie tzw. młynka Franklina

– blaszki z przeciwnie skierowanymi

ostrzami (rysunek poniżej) osadzo-

nej na pionowej igle podłączonej do

elektrody generatora Van de Graaffa.

Odpychanie powietrza przez ostrza

powoduje efekt odrzutu i blaszka za-

czyna wirować.

kiej samej zasadzie jak pokazywany

na wystawie, został skonstruowany

oczywiście przez Roberta Van de Gra-

affa, fizyka z Massachusetts Institute

of Technology (USA), w 1929 roku.

Van de Graaff już jako student był za-

fascynowany dużymi iskrami powstają-

cymi podczas pracy prasy drukarskiej,

kiedy wstęga papieru szybko przewija

się przez rolki maszyny i wskutek tego

elektryzuje się.

Badaniem zjawisk elektrycznych zajmował się

także Benjamin Franklin (1706–1790). Był on

człowiekiem o szerokich zainteresowaniach

– politykiem, dyplomatą, pisarzem, filozofem

i naukowcem. Z naukowych odkryć Franklina

najbardziej znany jest wynalazek piorunochro-

nu. Uporządkował on ponadto ówczesne

pojęcia na temat elektryczności

Współczesne zastosowania

Zabawa z generatorem Van de Graaffa to żelazny punkt programu we wszystkich

centrach nauki, „stające dęba” włosy bawią wszystkich niezależnie od wieku

grzebień górny

D laczego włosy człowieka „sta-

Wynika to ze wzajemnego odpycha-

nia ładunków, co skłania je do mak-

symalnego oddalenia (miłośnikom

fizyki opartej na solidnej podstawie

matematycznej radzimy zapoznać się

z bardziej wyrafinowanym uzasadnie-

niem tego stwierdzenia, opartym na

tzw. prawie Gaussa). Reguła ta jest też

zasadą działania samego generatora

Van de Graaffa.

Jak działa generator Van de Graaffa?

Budowa generatora (rysunek obok)

nie jest specjalnie skomplikowana.

Izolowana od ziemi metalowa kopu-

ła, pas z materiału izolującego (gumy

lub plastyku) rozpięty na dwóch rol-

kach, z których jedna znajduje się we

wnętrzu kopuły, metalowe ostrze (lub

zespół ostrzy – „grzebień”) połączone

przewodem z ziemią, położone w nie-

wielkiej odległości od pasa naprzeciw

metalowa kopuła

cowane przez Van de Graaffa

jest w stanie osiągać bardzo wysokie

napięcia (wielkie konstrukcje osiąga-

ły nawet powyżej 10 mln woltów)

i są przydatne w akceleratorach do

nadawania wielkich energii cząstkom

naładowanym. W dzisiejszych akcele-

ratorach stosuje się także wiele innych

metod rozpędzania cząstek elemen-

tarnych, ale metoda VdG nie wyszła

całkowicie z użycia. Akceleratory Van

de Graaffa znajdują też zastosowanie

techniczne przy wytwarzaniu bardzo

krótkich promieni rentgenowskich.

Dzisiaj najczęściej spotykamy się z nie-

wielkimi akceleratorami, w których

wykorzystano pomysł mechanicznego

przenoszenia ładunkow elektrycznych

zaproponowany przez Van de Gra-

affa. Akceleratory te służą obecnie

do badania materiałów. Używają ich

pracownie naukowe, ale także mu-

zea do badania zabytków, dzieł sztuki

i obiektów archeologicznych. Jednym

z takich muzeów wyposażonym w ak-

celerator VdG jest paryski Luwr.

ją dęba”, gdy jest on połączony

z elektrodą generatora Van de Gra-

affa? Odpowiedź jest prosta – wło-

sy wzajemnie odpychają się, gdyż są

naładowane ładunkiem tego samego

znaku. Czy ładunki przekazane przez

elektrodę generatora rozkładają się

w całej objętości ciała, czy też może

włosy mają jakąś szczególną zdolność

do magazynowania tego ładunku?

U czarownic włosy są przecież, jak

wiadomo, siedzibą mocy diabelskiej…

Mówiąc poważnie, takie, a nie inne

zachowanie włosów wynika stąd, że

wystają one poza nasze ciało, które

jest nie najgorszym przewodnikiem.

Jedna z podstawowych reguł elektro-

statyki głosi zaś, że ładunek przewod-

nika rozkłada się na nim z zewnętrznej

strony.

ładunki

elektryczne

Młynek Franklina

pas transmisyjny

grzebień dolny

Oparte na pomyśle Van de Graaffa akceleratory

służą dziś w muzeach do badania dzieł sztuki

P ierwszy generator, działający na ta-

O kazało się, że urządzenie opra-

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: