Um dos dispositivos interessantes de alta tensão é o gerador Van de Graaff, dispositivo que cria uma alta diferença de potencial devido à eletrificação de uma fita dielétrica que se move ao longo de dois rolos. A tensão máxima varia dependendo da escala do dispositivo e pode variar de algumas dezenas de quilovolts para pequenos geradores de bancada a milhões de volts para grandes dispositivos que podem ser usados para fins científicos e de demonstração. Com a ajuda de um gerador Van de Graaff, é possível realizar muitos experimentos espetaculares, por exemplo, observar como pequenos confetes voam para cima sob a influência de forças elétricas ou como o cabelo de uma pessoa fica “em pé” se o corpo de uma pessoa é conectado de uma certa maneira a um centelhador. Para montar o gerador você não precisará de nenhuma peça específica - tudo pode ser encontrado em casa ou adquirido nas lojas de ferragens mais próximas. O circuito geral do gerador é mostrado abaixo.
Fazendo um gerador Van de Graaff com suas próprias mãos
Estruturalmente, o gerador é um tubo com uma fita dielétrica girando em seu interior. Dois rolos, na parte superior e inferior do tubo, fornecem a tensão necessária da fita; o rolo inferior também é um acionamento e está conectado ao eixo do motor, que irá girar a fita. Uma enorme esfera de metal é fixada na parte superior do tubo, que servirá como acumulador de carga. A forma de uma esfera é mais adequada para este propósito, porque não possui saliências pontiagudas e, portanto, a carga se acumulará de forma mais eficiente: saliências pontiagudas podem levar à ocorrência de uma descarga corona através da qual flui a carga acumulada. Para fazer um gerador doméstico simples, você pode usar uma panela grande como esfera, instalando-a de cabeça para baixo; um torniquete hemostático de farmácia é ideal como fita; os rolos podem ser cortados, por exemplo, de madeira, espuma de poliestireno ou você pode desmontar um rolo de pintura. Um cano de esgoto com diâmetro de 10-11 cm é perfeito como tubo de habitação.A correia pode ser acionada com uma chave de fenda se tiver altas velocidades, ou com vários motores bastante potentes de brinquedos ou modelos controlados por rádio. A montagem começa com a localização dos componentes adequados.
Ao utilizar uma tubulação de esgoto com diâmetro de 11 cm, a altura ideal da estrutura será de cerca de 1 metro. Toda a estrutura será instalada em um estande feito de sucata.
Como motor de rotação da correia, utilizo uma unidade de acionamento de um helicóptero controlado por rádio, que é um par de motores que giram juntos uma grande engrenagem, formando assim uma caixa de engrenagens que reduz a velocidade ao nível desejado e aumenta o torque. A engrenagem acionada é fixada em um pino M4, que passa por todo o tubo na parte inferior, futuramente será fixado um eixo com rolo. Como a prática tem mostrado, um motor de helicóptero é suficiente - apesar de seu grande tamanho, esses motores têm potência decente e giram facilmente toda a fita dentro da caixa.
Os motores são pressionados por cima com uma tira de metal, e o alinhamento de todas as engrenagens é pré-estabelecido. É preferível utilizar fontes de energia de bateria que não estejam de forma alguma conectadas à rede, mesmo por meio de isolamento galvânico do transformador, para alimentar o motor de um gerador Van de Graaff.
As fotos acima mostram o rolo inferior. Eles conseguiram esculpi-lo em dois pedaços de isolamento penoplex, dando-lhe o formato de um barril. Observe que o formato deve ser em forma de barril, com um leve espessamento suave no meio - se o eixo for totalmente liso, a fita vai pular de vez em quando. O material dos rolos desempenha um papel significativo na construção do gerador - a parte inferior deve ser de metal e a parte superior de plástico. Neste caso, não é necessário fazer o eixo inferior todo em metal, basta cobri-lo por cima com uma folha condutora; esta folha também deve ser conectada eletricamente ao eixo sobre o qual assenta o rolo.
Peguei o rolo superior pronto de um rolo de pintura, cabe perfeitamente no formato e no tamanho.O rolo, semelhante ao inferior, é instalado sobre um pino M4, que é instalado em ranhuras na parte superior do tubo, que podem ser vistas na foto abaixo.
O torniquete hemostático é vendido em quase todas as farmácias, possui as propriedades necessárias para a transferência de carga e também é bastante elástico. O torniquete adquirido deve ser lavado do talco, seco e depois cortado no comprimento desejado com uma pequena margem. Para transformar a fita do arnês em um círculo fechado, as pontas podem simplesmente ser coladas com supercola com uma sobreposição de 2 a 3 cm, a resistência dessa conexão acabou sendo mais que suficiente.
A próxima parte do gerador são as escovas, através das quais a carga será “aplicada” à fita e “drenada” dela para a esfera metálica superior. Recomendo fazer as escovas a partir de um pedaço de cabo multipolar, que fica exposto do isolamento, afofado e soldado em placas textolite. Você deve fazer duas dessas escovas, uma para o rolo inferior e outra para o superior. A escova inferior se conectará ao rolo inferior e será conectada ao terra, e a escova superior será conectada à esfera metálica. A foto abaixo mostra os pincéis finalizados.
As escovas são instaladas diretamente próximas aos rolos na parte superior e inferior, a distância da fita até as pontas das escovas deve ser a menor possível, mas a fita não deve tocá-las. Abaixo você pode ver os pincéis instalados na parte superior e inferior, respectivamente.
Agora só falta fazer os suportes sobre os quais ficará a esfera superior - no meu caso, foi encontrado um análogo mais acessível para ela na forma de uma panela invertida. Um pedaço de arame que se projeta acima do nível dos suportes é conectado à escova, o que garantirá seu contato com a esfera.
Na parte inferior da estrutura, utilizando o mesmo pedaço de fio, é garantido o contato entre eixo, rolete e ranhura com aterramento.Observe que é necessário um bom aterramento para que o gerador funcione.
A esfera é instalada por último e o gerador está pronto para iniciar. Quando ligado, ocorrerá uma diferença de potencial entre o solo (rolo inferior) e a esfera superior. Ele aumentará até que ocorra uma falha elétrica no ar ou na tubulação, ou até que a taxa de crescimento da carga exceda a taxa de sua “drenagem” da esfera devido a descargas corona. A eficiência do gerador depende fortemente da umidade do ar - quanto mais úmido o ar, mais perdas devido à descarga corona e, consequentemente, menor tensão pode ser alcançada. Você pode aumentar a taxa de acúmulo de carga aumentando a velocidade de rotação da correia, enquanto a tensão máxima do gerador também aumentará. Para descarregar a esfera, você deve aproximar dela um objeto metálico aterrado. Se este objeto tiver bordas afiadas, a carga fluirá suavemente na forma de uma descarga corona, que só pode ser vista na escuridão total. Se o objeto tiver linhas suaves, quando se aproximar de uma certa distância da esfera, ocorrerá uma quebra elétrica do ar com um som bastante alto e um flash. Ao fazer experiências com o gerador, deve-se ter cuidado, pois apesar de ele ter potência extremamente baixa, pulsos de tensão de centenas de quilovolts podem causar danos à saúde.
