静電発生器 — デバイス、動作原理、および応用
電荷 — 同じ大きさの 2 つの反対の電荷が打ち消し合う現象。逆の電荷を帯びた 2 つの物体が互いに近い距離にある場合、それらの間で火花が飛び、短い破裂音が聞こえます。
電荷を単位として、帯電した物体が他の物体に及ぼす作用力をポテンシャルと呼びます。電位差は電圧です。
最初の入手方法 電荷 静電場は、さまざまな素材 (毛皮、ウール、シルク、皮革、その他の素材とガラス、樹脂、 ゴム 等。）。同時に、電圧と電荷は非常に小さくなりました。機械的移動による電荷の誘導と蓄積により、結果として生じる電圧がわずかに増加することが可能になりました。
その後、高電圧を得るために、静電誘導（誘導）の原理に基づいて回転ディスクを備えた連続運転機械が作成されました。しかし、これらの機械は高出力を得ることができず、主に教育機関の物理室の装置として使用されていました。
物体の帯電と静電誘導
電荷本体へのメッセージは次のように呼ばれます。 電化…記事に記載 物体の帯電と電荷の相互作用 正イオンと負イオンの形成プロセスは、物体の帯電プロセスのアイデアを与えます。それは、ある物体から別の物体への電子の移動で構成されます。
したがって、体の電荷は体内の過剰または不足によって決まります。 電子… さまざまな方法で物体に帯電させることが可能ですが、そのうちの摩擦、接触、方向、電荷の移動は技術的なものです。
逆のプロセス - 身体の中性状態の回復 (中和) - は、不足している数の電子を身体に与えるか、過剰な電子を身体から除去することで構成されます。
摩擦による帯電中、外部から接触している物体のいずれにも追加の電荷が伝達されない場合、両方の物体は異なる符号の同じ量の電気で帯電します。身体が接続されると、それらの電荷は完全に中和されます。
このように、電荷は生成または破壊されず、ある物体から別の物体に転送されるだけです。これは、例えば、電荷保存則の存在を確信させます。 エネルギー保存の法則.
静電気 — 静止時の電荷。 2 つの不導体間、または不導体と金属 (モーター駆動ベルトなど) の間の摩擦の結果として発生しますが、必ずしも固体であるとは限りません。
静電気は、特定の液体や気体の摩擦によっても発生することがあります。極度の乾燥肌の人は電荷を蓄積します。動いている間（繊維が皮膚に擦れる）、生地内に大きな静電気が発生し、生地が体に張り付いて動きを妨げます。
静電気は、単一の火花が全体に発火する可能性がある可燃性および爆発性の環境では危険になります。この場合、加湿または放射線照射によって導電率を高めることができる金属製の装置を使用して、静電気を地面または空気中に直ちに放出する必要があります。
静電誘導 — ワイヤーの近くにある他の電荷の影響下でワイヤー上に電荷が現れること（離れた場所での人体帯電）。
外部電荷の作用下では、導体の最も近い端で電荷が誘起 (発生) します。その符号は、外部から作用する電荷の符号と反対であり、導体の遠端では、同じ記号の担当。この場合、両方の誘導電荷の大きさは等しい、つまり、誘導はワイヤ上の電荷の分離のみを引き起こしますが、ワイヤ上の総電荷は変化しません（誘導された電荷の合計がゼロであるため）。
誘導される電荷の大きさとその位置は、導体内部に静電界が存在しないという条件によって決まります。したがって、誘導電荷は、誘導電荷によって生成される電界が、誘導電荷によって生成されるワイヤ内の電界を単純に破壊するように配置されます。
静電誘導の例: 帯電していない検電器では、正と負の両方の電荷が等しいため、検電器は帯電しません。
正電荷を帯びたガラス棒がそれに近づくと、自由電子が同時にそれに引き寄せられ、同時に検電器の正電荷が反発します。
負の電荷はガラス棒の近くに集中し、ガラス棒に接続されますが、正の電荷は反発されるため、検電器の裏側に配置され、自由になります。
これで検電器が通電されました。ただし、この状態は長くは続きません。正と負への電荷の分離が侵害され、検電器の中性状態が復元され、その葉が元の位置に戻るため、ガラス棒を取り除く価値があります。
検電器 — 身体がどのような電荷で帯電しているかを判断できる装置。これは、上端にボールまたはプレートを備えた金属棒と、底部に自由にぶら下がっている 2 枚の金属シートで構成されています。検電器の動作は、同じ名前の物体が互いに反発するという原理に基づいています (—を参照) 検電器の動作原理).
静電気誘導も原因の一つです 自然の中の稲妻、 — 大気中の静電気の最も強力かつ危険な現象。
雷 それは、雲の個々の部分、個々の雲、雲と地球の間、地球から雲への大気電気の放電です。言い換えれば、雷は、電位を等しくする短時間の電流、つまり電気火花として定義できます。
ヴァン・デ・グラーフ静電発電機
科学的および技術的目的 (核物理学、放射線生物学、X 線治療、材料試験、探傷など) では、数百万ボルトの電圧を生成できる装置が必要です。
このようなデバイスは、高直流電圧を備えた技術的に高度な静電発電機です。その中で最も有名なのは、1829 年にアメリカの物理学者によって作成されたヴァン デ グラーフ発電機です。 ロバート・ファン・デ・グラーフ (1901 - 1967).
電圧7メガボルトのヴァン・デ・グラーフ発電機（1933年）
発電機は、絶縁材の背の高い中空柱に取り付けられた金属製の中空ボールです。ボールの寸法と柱の高さは、発電機の必要な電圧の制限によって決まります（たとえば、電圧 5 MV の発電機の場合、ボールの直径は 5 m に達します）。絶縁材（シルク、ゴム）のエンドレスベルトがカラム内を移動し、電荷を球体に移送するためのコンベアとして機能します。
上に移動すると、ストリップはデバイスの下部でソースの 1 つの極に接続されたブラシを通過します。 直流 約 10,000 V の電圧 (適切な整流器がこの電源として機能します) 最初の静電発電機を設計する際、ヴァン デ グラーフはこの装置を使用しました。 真空管を使って.
ヴァン・デ・グラフ静電発生装置
このブラシの先端から、電荷はベルト上に流れ落ち、ベルトによって電荷はボールの内側に運ばれ、2 番目のブラシを通ってボールの外面に送られます。テープの非帯電部分を下に移動させるプロセスを改善するために、帯電したボールから取り外したブラシの助けを借りて、反対符号の電荷が転送されます。
静電誘導によりブラシにマイナスの電荷が発生し、放電によりベルトの下降部に電荷が伝わります。次に、この電荷はブラシと接地された下部ローラーに転送され、そこを通って地面に放電されます。
テープが移動し続けると、ボールの電荷は増加し、ボールの直径と、ボールから別の電極または接地までの距離によって決まる所定のしきい値に達します。
テープが移動し続けると、ボールの電荷は増加し、ボールの直径と、ボールから別の電極または接地までの距離によって決まる所定のしきい値に達します。
電圧を上げるために、ボールが反対の符号の電荷を受け取る2つのそのようなデバイスが設置されます。したがって、たとえば、10 MVの電圧を得るには、2台の発電機が使用され、地面に対して+5 MVと-5 MVに充電され、電圧での故障の可能性が少なくなるように互いに距離を置いて設置されます。指定された値よりもオフになっています。
現在、Van de Graaff の設計を再現したものを含め、静電発電機のさまざまなモデルが多数存在します。これらは、物理実験だけでなく、エンターテイメントやアクションのデモンストレーションのためのアトラクションとしても使用されます。 静電気.
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