مولد واندوگراف

یکی از ازمایش های دوست داشتنی ازمایش واندوگراف است   مولد واندوگراف در سال ۱۹۳۷ توسط فیزیکدان آمریکایی رابرت جمیسون واندوگراف اختراع شد این دستگاه قادر است که ولتاژهای تا ۲۰ میلیون ولت ایجاد نماید

الف) تاریخچه و طرز کار مولد واندوگراف

قبل از بحث درباره ساخت مولد واندوگراف لازم است بحث مختصری راجع به تاریخچه ساخت آن و همچنین طرز عملکرد این دستگاه داشته باشیم مولد واندوگراف در سال ۱۹۳۷ توسط فیزیکدان آمریکایی رابرت جمیسون واندوگراف اختراع شد این دستگاه قادر است که ولتاژهای تا ۲۰ میلیون ولت ایجاد نماید و از آن برای انرژی دادن و شتاب دادن به ذرات اتمی که احتیاج به سرعت بالا برای نفوذ در هسته اتمها دارند استفاده می­شود این برخوردها در اتمها، پایه شناخت و اساس فیزیک هسته­ای و ذرات بنیادی می­باشد.

دو نوع مولد واندوگراف وجود دارد که به شرح نوع معمول آن که از تسمه و غلتک در آن استفاده می­شود می­پردازیم این نوع واندوگراف از یک موتور- دو غلتک ، یک تسمه و دو شانه و یک گوی فلزی آلومینیمی یا نظیر آن ساخته شده است.

هنگامیکه موتور روشن می­شود غلتک پایینی ( شارژ ) شروع به چرخاندن تسمه می­کند. نظر به اینکه تسمه از لاستیک و کائوچو و غلتک پایینی پوشیده از سلسیوم است غلتک پایینی شروع به تولید بار منفی کرده و غلتک بالایی بار مثبت تولید می­کند با رجوع به لیست Triboelectinc ( الکتریسیته مالشی ) خواهید فهمید که علت عدم تعادل بارها چیست در این لیست سلسیوم پایین­تر از لاستیک است بدین معنا که قدرت جذب الکترون آن فوق­العاده زیاد است بنابراین غلتک پایینی الکترون را از تسمه­ای که الکترونها از آن عبور کرده­اند جذب می­کند این بار منفی قوی بر روی غلتک دو کار را انجام می­دهد.

۱- الکترون­هایی که در نزدیکی نوک شانه­ها هستند را دفع می­کند و شانه­ها بار مثبت پیدا می­کنند.

۲- ذرات هوا را یونیزه کرده وقتی یک اتم از الکترون جدا شود حالت چهارم ماده یا پلاسما ایجاد  می­شود بنابراین اتمهای مثبت هوا و الکترون آزاد بین غلتک و شانه بوجود می­آیند که الکترونهای آزاد توسط شانه­هایی که قبلاً باردار مثبت شده­اند جذب می­شوند و اتمهای مثبت جذب غلتک ، که دارای بار منفی است می­شود.

اتمهای مثبت ذرات هوا سعی می­­کنند که به سمت غلتک با بار منفی بروند ولی تسمه راه آنها تا غلتک قرار دارد بنابراین جذب تسمه می­شوند تسمه با بار مثبت به طرف غلتک بالایی حرکت می­کند که معمولاً از جنسی است که الکترون از دست می­دهد. در نتیجه بارهای مثبت تسمه از یک طرف توسط غلتک بالایی خنثی می­شود و از طرف دیگر شانه­های بالا که به کلاهک متصل هستند مقداری از بار تسمه را خنثی   می­کنند و حتی مقداری بار منفی نیز به تسمه می­دهند، در نتیجه کلاهک، دارای بار منفی می­شود و تسمه نیز هنگام پایین آمدن مقداری بار منفی خواهد داشت.

 

چه اصولی را باید رعایت کنیم تا بار مولد واندوگراف شبیه باشد.

۱- شانه­ ها ( جاروبک­ها ) هنگام چرخش دستگاه با سطح بیرونی تسمه مالش خیلی جرئی داشته باشند.

۲-  تسمه علاوه بر علتش روی غلتک­ها اندکی لغزش هم داشته باشد ( تسمه نه زیاد شل و نه زیاد محکم باشد).

۳-  تسمه و غلتک­ها باید کاملاً تمیز باشند. ( می­توان با الکل آن­ها را پاک کرد ).

۴-  پهنای تسمه با پهنای غلتک یکسان باشد.

۵-  تسمه نباید سیاه رنگ باشد زیرا امکان دارد دارای کربن باشد و اجسام  با ترکیب­های کربنی     می­توانند رسانا باشند.

۶-  سرعت چرخش موتور حدالامکان زیادتر باشد.

۷-  در روزهای گرم و مکان­های با رطوبت زیاد نتیجه کار دستگاه ( مثل سایر آزمایش­های الکتریسیته ساکن مناسب نمی­تواند باشد.)

نقش هر یک از اجزاء واندوگراف در ایجاد الکتریسیته ساکن روی واندوگراف

۱- نقش کلاهک :

اگر کلاهک کروی واندوگراف را بر دارید به کمک یک الکتروسکوپ ملاحظه می­کنید که مقدار بار الکتریکی تیغه بالایی واندوگراف بشدت کاهش می­یابد تفاوت کلاهک کروی و تیغه فوقانی واندوگراف در ظرفیت الکتریکی آنهاست می­دانیم هر جسم رسانا دارای یک ظرفیت الکتریکی است اما ظرفیت الکتریکی یک کره رسانا از رابطه  بدست می­آید این ظرفیت بسیار بیشتر از ظرفیت الکتریکی قطعات فلزی کوچکی است که در زیر کلاهک وجود دارد وقتی کلاهک را بر می­داریم بار الکتریکی یکی اضافی از طریق یونیزاسیون در هوا پخش می­شود.

۲- نقش جاروبک­ها :

هنگام کار واندوگراف می­توان جاروبک­ها را حذف کرد در این حالت مقدار بار الکتریکی روی کلاهک کاهش می­یابد اما به صفر نمی­رسد این آزمایش نشان می­دهد که کلاهک علاوه بر اینکه از طریق رسانش فلزی جاروبک­ها بارداری می­شوند، از طریق یونیراسیون هوا نیز بار الکتریکی دریافت می­کند اینکه هواهی اطراف تسمه­ها و غلتک­ها یونیزه می­شود براحتی قابل آزمایش است کافی است مدت کوتاهی کلاهک یک الکتروسکوپ را به تسمه­های واندوگراف در حال کار نزدیک کنید و سپس الکتروسکوپ را دور کنید خواهید دید بدون تماس الکتروسکوپ باردار شده است این مقدار بار از طریق یونیزاسیون هوا به الکتروسکوپ انتقال یافته است پس هوای اطراف تسمه­ها و غلتک­ها بشدت یونیزه می­شود.

۳- نقش تسمه :

اگر حرکت تسمه بر روی غلتک­ها فقط غلتشی باشد امکان باردار شدن بسیار کاهش می­یابد فرض بر این است که تسمه علاوه بر غلتکش، لغزش نیز دارد و این لغزش سبب تولید بار الکتریکی بر ر.وی تسمه­ها می­شود و در قسمتی که با غلتک­ها در تماس است علامتی با جوهر یا ماژیک بکشیم واندوگراف را بکار اندازیم مشاهده می­شود که ماژیک در جهت چرخش بر روی تسمه پخش شده است و این نشانگر لغزیدن تسمه بر روی غلتک­ها است و در اصل همین مالش میان تسمه و غلتک­ها سبب تولید بار الکتریکی می­شود اگر تسمه دستگاه شل باشد تعداد روی­ها کاهش می­یابد در این دو حالت مقدار باردهی واندوگراف کم می­شود بهتر است به روش تجربی این موضوع کنترل شد.

۴- نقش غلتک­ها :

مالش میان تسمه و غلتک­ها همچنان که در قسمت قبل ذکر شد زمینه ساز تولید بار الکتریکی است جنس غلتک پایینی یا بالایی نقش تعیین شده در نوع بار الکتریکی کلاهک دارد دو مسئله زیر در مورد غلتک­ها وجود دارد.

الف) اولین نکته قابل توجه این است که اگر در اثر مالش بطور مداوم غلتک پلی اتیلن بار منفی یا مثبت دریافت کند سرانجام پس از چند دقیقه بار سرسام­آوری پیدا می­کند و این مقدار بار سرسام­آور قادر است جرقه­هایی با طول بسیار بلند ایجاد کند.

اما در عمل طول جرقه­های یک واندوگراف معمولی در حدود یک سانتی­متر است این مقدار ثبات نسبی دارد.

علت آن است که بار کلاهک از طریق یونیزاسیون به طور مرتب به هوا انتقال می­یابد.

ب) نکته دوم این است که اگر بار الکتریکی در محل مالش غلتک و سطح داخلی تسمه تولید می­شود چگونه با توجه به عایق بودن تسمه بار الکتریکی به سطح خارجی تسمه و سپس به زمین یا کلاهک منتقل می­شود پاسخ آن را باید در نسبی بودن نارسانایی تسمه جستجو کرد نارسانایی یک جسم نسبی است معمولاً یک لایه نازک مانند هوا در برابر برق ۲۲۰ولت نارسانا است ولی در مقابل برق با ولتاژ ۲۰۰۰۰ولت دیگر به اندازه قبل نارسانا نیست به همین علت فاصله سیم­های برق با ولتاژ بالا را زیاد در نظر می­گیرند اختلاف پتانسیل تولید شده در واندوگراف بسیار زیاد است و این اختلاف پتانسیل زیاد الکترون را قادر می­سازد تا از سه کوانتمی تسمه گذشته و به سطح خارجی تسمه برسد لذا بارهای اضافی غلتک­ها از طریق یونیزاسیون هوا و عبور کوانتمی از سه تسمه به زمین و کلاهک می­رسد.

نحوه کار دستگاه فتوکپی

اگر همین الان به صفحه هفتم کتاب فیزیک خودتون مراجعه کنید، یک فعالیت می‌بینید که درباره نحوه کار دستگاه فتوکپیه! اگه دوست دارید بفهمید که جواب این فعالیت چیه و یدونه پاور پوینت خوب هم ارائه بدید میتونید برید ادامه مطلب، پاورپوینت موجود را دانلود، و اون را ارائه بدید :|