مولد فان ديجراف واستخداماته وفوائده
مولد فان ديجراف , مم يتركب , وما هي فكرة علمه ؟
يمكن الحصول على شحنات كهربائية كبيرة جداً وفرق جهد كهربائي عال يصل إلى مئات الالآف من أو ملايين من الفولتات ومن العلماء الذين تمكنوا من تحقيق ذلك العالم الأمريكي (( فان ديجراف)) ، والذي صمم جهاز في عام 1931م وسماه باسمه ((فان دي جراف ))
مولد فان دي غرا ف جهاز مصمم لكي يولد كهرباء سكونيه ويجعلها متوفره للتجارب.
وقد كان الفيزيائي الامريكي روبرت جيمسون فاندي غراف قد اخترع هذاالمولد سنة 1931 م.هذا الجهاز كما يدل اسمه له القدره على توليد جهدا كبيرا يعادل ( 20 مليون فولت ) , وقد صممه العالم فان دي غراف للحصول على الطاقه العاليه اللازمه لمسارعة الجسيمات من أجل اجراء تفاعلات نوويه . وقد سميت هذه المسارعات بقاذفات الذره لانها تسرع الجسيمات الذريه الى سرع عاليه جدا ثم تقذف باتجاه الذرات الهدف . التصادم هذا ينتج جسيمات ذريه وطاقه عاليه جدا مثل أشعة اكس . القدره على اجراء تصادمات تنتج طاقه عاليه هي اساسيات علم الذره والنواه.
توصف مولدات فان دي غراف على انها أجهزه كهروستاتيكيه ثابتة التيار , فاذا استعملت معه أي جهاز كهربائي ( مقاومه ) فان التيار سيبقى ثابتا ولن يتغير ما يتغير هو الجهد .فاذا وصلت مخرج المولد ( الكره ) بجسم مؤرض فان الجهد سينخفض لكن التيار سيبقى ثابتا . على عكس البطاريات العاديه والمعروفه بانها ثابتة الجهد لانه اذا وصلتها بمقاومه فان جهد البطاريه سيبقى ثابتا بينما التيار هو الذي يتغير هنا. وأفضل مثال على ذلك بطارية سيارتك , عندما تكون كاملة الشحن يكون جهدها 12.75 فولت . شغل الاضواء الاماميه لسيارتك ثم افحص جهد البطاريه ستجده نفس الجهد تقريبا. لكن التيار طبعا يتغير , على سبيل المثال الاضواء الاماميه تحتاج 10 أمبير بينما مساحات الزجاج تحتاج 4 أمبير فقط . واذا شغلت أي منهما فان الجهد سيبقى نفسه.
هناك نوعان من مولدات فان دي غراف:
- نوع يحتاج الى مصدر جهد عالي جدا لشحنه
- نوع يستخدم السير والاسطوانات لتوليد الشحنات
وسنركز على النوع الثاني هنا.
هذا المولد يتكون من :
· موتور
· اسطوانتين
· سير
· فرشاتان معدنيتان
· مخرج الجهاز وهو في العاده كره من الالمنيوم أو قطعه معدنيه.
وتستطيع رؤية هذه الاجزاء في الشكل التالي
A: مخرج المولد ( كره من الالمنيوم )
B: الفرشاه العليا - قطعه من سلك معدني جيد
C: الاسطوانه العليا - قطعه من النايلون
D: سير - قطعه من انبوب جراحي
E: موتور
F: الفرشاه السفلى
G: الاسطوانه السفلى- قطعه من النايلون مغطاه بطبقه من السيليكون
شحن مولد فان ديجراف:
عند تشغيل الموتور فان الاسطوانه ( الشاحن ) تسبب دوران السير . وبما أن السير من المطاط والاسطوانه السفلى مغطاه بالسليكون فان الاسطوانه ستشحن سالبا بينما السير سشحن موجبا لان السيلكون اكثر سلبية من المطاط لذلك فهي تكتسب الكترونات من السير عندما يمر فوقها ويجب ملاحظة أن الشحنه مركزه على الاسطوانه أكثر من تركيزها على السير وبسبب هذا التركيز فان المجال الكهربائي للاسطوانه أكبر بكثير منه للسير والشحنه السالبه القويه الان تبدأ بعمل شيئين :
· تتنافر مع الالكترونات القريبه من اطراف الفرشاه السفلى .
المعادن موصلات جيده لانها عباره عن نوى موجبه محاطه بالكترونات يمكن ابعادها بسهوله عنها . الفرشاه ستكتسب شحنه موجبه بسبب ابتعاد الالكترونات نحو الموتور
· تبدأ بنزع الكترونات ذرات الهواء المجاوره
عندما تنتزع الكترونات ذره فانها تصبح بلازما ( الحاله الرابعه للماده ) . وبهذا يكون لدينا ذرات هواء مشحونه موجبا والكترونات حره بين الاسطوانه والفرشاه . الالكترونات المتنافره مع الاسطوانه تجذب نحو اطراف الفرشاه الفاقده للاكتروناتها بينما الذرات الموجبة الشحنه تنجذب نحو الاسطوانه السالبه .
نوى الهواء الموجبه تحاول التحرك نحو الاسطوانه لكن السير بالطريق فهو الان سيغطى بطبقه من الشحنه الموجبه والتي ستحمل بعيدا عن الاسطوانه.
وطالما بقي الهواءبين الاسطوانه السفلى والفرشاه فان عملية شحن السير ستستمر , نظريا العمليه يمكن أن تستمر الى المالانهايه ولكن لسوء الحظ بعض الغبار والشوائب المحيطه به تضع حدا للشنه على كرة الالمنيوم.
لنعد الان للسير . فهو مشحون موجبا ويتحرك نحو الاسطوانه العليا والفرشاه العليا . الاسطوانه العليا من النايلون فستميل الى التنافر مع شحنة السير . الفرشاه العليا متصله بكرة الالمنيوم من الداخل ومعلقه بجانب موقع الاسطوانه العليا والسير .الالكترونات على الفرشاه تتحرك نحو أطراف الاسلاك لانها تجذب نحو السير الموجب . وععندما تنتزع الكترونات ذرات الهواء فان نوى الهواء الموجبه تنجذب نحو الفرشاه بفس الوقت الذي تتحرك فيه الالكترونات الحره نحو السير . عندما تلمس داخل وعاء معدني بجسم مشحون فان شحنة الجسم كاملة سوف تنتقل الى الوعاء تاركة الجسم متعادلا ., وهذه الشحنه تتوزع على السطح الخارجي للوعاء المعدني .
هنا الوعاء هو كرة الالمنيوم والسير هو الجسم الشاحن والذي يزود الكره بالشحنات الموجبه باستمرار.
ملاحظه أخيره حول مولد فان ديجراف
عادة في مولدات فاندي غراف تكون الاسطوانه العليا من ماده متعادله لهذا تتعادل شحنة السير بعد ان تكتسب الكره شحنته لذلك هنا استخدمنا النايلون وهو موجبا لذا كان هناك انتاج مضاعف للشحنه الموجبه التي يعطيها السير للكره ويصبح هو سالبا . هذا التكنيك يضاعف التيار فالسير يكون موجبا على احدى جهتيه وهو يقترب من الاسطوانه العليا وسالبا على الجهة الاخرى وهو يقترب من الاسطوانه السفلى.
نصائح لاستخدام جهاز فان ديجراف
· اذا كان مولدك لا يبدو أنه يشحن جيدا تأكد من أنه نظيف . تجنب الزيوت , الشوائب وبامكانك استعمال مجفف الشعر للتخلص من الرطوبه .( اقوم بفعل هذا كلما شغلت الجهاز واحصل دائما على نتائج أفضل ) افعل هذا وسترى الفرق.· اذا اردت مشاهدة الشراره بلونها الازرق اثناء عملية التفريغ فيفضل تعتيم الغرفه
مفاهيم خاطئه: انه ليس الاحتكاك
الشحنات الكهروستاتيكيه لا يولدها الاحتكاك . البعض يفترض أن هذه هي الحاله . دلك البالون بشعرك أو مشيك على السجاده يولد الشحنات. الكهروستاتيكيه والاحتكاك يتشابهان بانهما نتاج اضافه ( زيادة مساحة سطح التماس بين الاجسام ). دلك المواد ببعضها يزيد الشحنه الكهروستاتيكيه عليها بسبب زيادة مساحة التماس بينهما لكن الاحتكاك نفسه ليس له دخل بالعمليه.
تجارب باستخدام مولد فان دي غراف
الشعر الواقف:
احصل على مشارك متبرع ودعه يقف على جسم عازل غطاء مطاطي مثلا . ضروري جدا أن يكون هذا الشخص معزول تماما عن الارض . لان الشحنه اذا لم تتراكم على جسمه فان شعره لن يقف.
دع الشخص يضع يده على الكره .
شغل المولد وراقب ما يحدث
ماذا حدث؟؟؟
عندما يبدأ المولد عملية الشحن فان الشحنه ستنتقل الى جسم الانسان الذي يلمسه وبهذا فان الشعر سوف تشحن الى نفس الجهد وستتنافر مع بعضها وهذا هو سبب وقوف الشعر ولن يهم اذا عكست اقطاب المولد بل المهم أن يبقى الشخص معزولا عن الارض . طبعا هذا مع التأكد أن شعر الشخص المتبرع جافا ونظيفا.
حرك حلقات الالمنيوم في ستارة الشباك:
يستطيع مولد فان دي غراف توليد شرارت يصل طولها من 10 – 12 انش وبامكانك شحن نفسك كما شرح سابقا ثم الاشاره الى حلقات الالمنيوم على الشباك وسترى أن ( ريح الالكترونات ) سوف تحركها. يمكنك الوقوف على بعد 8 أقدام من الشباك.
فقاعات الصابون الراقصه:
كم هو ممتع رؤية فقاعات الصابون وهي تلعب حول المولد. فهي ستنجذب نحو المولد في البدايه وعندما تلامسه ستشحن بنفس نوع شحنته طبعا فتطير مبتعدة عنه بسبب التنافر .
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
شارك زملاءك من الزر أدناه لتصلكم مواضيعنا القادمة إن شاء الله تعالى
تعليقات