İçeriğe atla

Van de Graaff jeneratörü

Küçük bir Van de Graaff jeneratörü

Van de Graaff jeneratörü hareket eden bir kayış yardımıyla içi boş bir kürede yüksek gerilim biriktirmeye yarayan bir elektrostatik jeneratördür. 1929 yılında Amerikalı fizikçi Robert Jemison Van de Graaff tarafından icat edilen bu jeneratörde potansiyel farkı 5 megavolta kadar çıkabilir. Bu araç bir üreteç ve ona paralel bağlı bir kondansatör ile çok büyük bir elektriksel direnç olarak da düşünülebilir.

Yük, iletkenin içinde herhangi bir yere yerleştirildiğinde,dış yüzeye doğru hareket eder ve iletkenin içinde alan sıfır olur. Robert Van de Graaff bu düşünceden faydalanarak 1931 yılında, yüklü parçacıkları yüksek kinetik enerjisine çıkaran hızlandırıcı inşa etmiştir.Bu yüksek enerjili parçacıklar, kanser tedavisinde de olduğu gibi maddenin mikroskobik yapısını anlamak için kullanılır.

Yalıtkan bir kayış (veya zincir) içi boş bir iletkene sürekli yük taşır ve yükler iletkenin dış yüzeyinde birikirler.Yüzeyde yükler arttıkça iletken kürenin elektrik potansiyeli de artar.Yük bir iyon kaynağı tarafından üretilir. Atomların işareti yüksek potansiyelin olduğu bölgeden dışarı itilecek şekildedir ve böylece atomlar hızlanır. Bu düzeneklere Van de Graaff hızlandırıcısı veya jeneratörü denir. Basit bir Van de Graaff jeneratörü, biri içi boş bir metal küre ile çevrelenmiş farklı malzemeden oluşan iki silindir üzerinde hareket eden bir kauçuk kayıştan (veya benzer bir esnek dielektrik malzemeden) oluşur. [ alıntı gerekli ] Keskin metal noktaların tarak şekilli sıraları şeklinde iki elektrot (2) ve (7), alt silindirin altına yakın ve kürenin içinde, üst silindirin üzerine yerleştirilmiştir. Tarak (2) küreye, tarak (7) toprağa bağlıdır. Şarj yöntemi triboelektrik etkiye dayanmaktadırbenzer olmayan malzemelerin basit teması, bazı elektronların bir malzemeden diğerine aktarılmasına neden olur. Örneğin (şemaya bakın), üst silindirin akrilik camı pozitif olarak yüklenirken, kayışın lastiği negatif olarak yüklenecektir. Üst silindir pozitif yük biriktirirken kayış iç yüzeyinde negatif yükü taşır. Daha sonra, pozitif üst silindiri (3) çevreleyen güçlü elektrik alanı, yakındaki tarağın (2) noktalarının yakınında çok yüksek bir elektrik alanı indükler. Noktalarda, alan hava moleküllerini iyonize edecek kadar güçlü hale gelir ve pozitif iyonlar taraklara giderken elektronlar kayışın dışına çekilir. Tarakta (2) taraktaki elektronlar tarafından nötralize edilirler, böylece tarak ve bağlı dış kabuk (1) daha az net elektron ile bırakılır. İlke olarak gösterilenFaraday buz kovası deneyi, yani Gauss yasasına göre, fazla pozitif yük dış kabuğun (1) dış yüzeyi üzerinde birikir ve kabuğun içinde hiç alan kalmaz. Bu yöntemle elektrostatik indüksiyon devam eder ve kabuk üzerinde çok büyük miktarda yük oluşturur.

Örnekte, alt silindir (6), kayışın iç yüzeyinden negatif yükü alan metaldir. Alt tarak (7), noktalarında hava moleküllerini iyonize edecek kadar büyük hale gelen yüksek bir elektrik alanı geliştirir. Bu durumda, elektronlar tarağa çekilir ve pozitif hava iyonları, kayışın dış yüzeyindeki negatif yükü nötralize eder veya kayışa bağlanır. Kayışın yukarı ve aşağı taraflarındaki yüklerin tam dengesi, kullanılan malzemelerin kombinasyonuna bağlı olacaktır. Örnekte, yukarı doğru hareket eden kayış aşağı doğru hareket eden kayıştan daha pozitif olmalıdır. Kayış hareket etmeye devam ettikçe, sabit bir "şarj akımı" kayıştan geçer ve küre şarjın hızı kaybolana kadar (sızıntı vekorona deşarjları) şarj akımına eşittir. Küre ne kadar büyük ve yerden o kadar uzaksa, tepe potansiyeli o kadar yüksek olacaktır. Örnekte, metal küre (8) olan çubuk, alt tarak (7) gibi toprağa bağlanmıştır; elektronlar pozitif kürenin çekiciliği nedeniyle yerden çekilir ve elektrik alanı yeterince büyük olduğunda (aşağıya bakın) hava bir elektrik deşarj kıvılcımı (9) şeklinde kırılır. Kayışın ve silindirlerin malzemesi seçilebildiğinden, içi boş metal küre üzerindeki biriken yük pozitif (elektron eksikliği) veya negatif (aşırı elektronlar) yapılabilir.

Yukarıda açıklanan sürtünme tipi jeneratörün, yüksek voltaj kaynağı gerektirmediği için science fair veya ev yapımı projeler için oluşturulması daha kolaydır. Yükü kayışın üstüne ve dışına daha verimli bir şekilde aktarmak için kayışın üst ve / veya alt konumlarında yüksek voltaj kaynaklarının kullanıldığı alternatif tasarımlarla (burada tartışılmamaktadır) daha büyük potansiyeller elde edilebilir.

Van de Graaff jeneratör terminalinin çalışması için küre şeklinde olması gerekmez ve aslında optimum şekil, kemerin girdiği deliğin etrafında içe doğru bir eğriye sahip bir küredir. Yuvarlak bir terminal etrafındaki elektrik alanını en aza indirir, havanın veya diğer dielektrik gazın iyonlaştırılması olmadan daha büyük potansiyellerin elde edilmesini sağlar. Kürenin dışında, elektrik alanı çok kuvvetli hale gelir ve alan tarafından doğrudan dışarıdan yük uygulanması önlenir. Elektrik yüklü iletkenlerin içinde herhangi bir elektrik alanı bulunmadığından, yükler, dış kabuğun tam potansiyeline yükseltilmeden içten sürekli olarak eklenebilir. Bir Van de Graaff jeneratörü hemen hemen her elektrik potansiyel seviyesinde aynı küçük akımı sağlayabildiğinden, neredeyse ideal bir akım kaynağına bir örnektir .

Elde edilen maksimum potansiyel kabaca küre çapına eşit olan R elektrik alanı ile çarpılması e max korona deşarj çevredeki gazın içinde oluşmaya başlar hangi. Standart sıcaklık ve basınçta (STP) hava için arıza alanı yaklaşık 30 kV / cm'dir. Bu nedenle, çapı cilalı küresel elektrot 30 cm maksimum gerilim geliştirmek için beklenebilecek V max = R · E maksimum yaklaşık 450 kV. Bu, Van de Graaff jeneratörlerinin neden mümkün olan en büyük çapta yapıldığını açıklar.

Günümüzde küçük çaplı olanları deneye amaçlı kullanılsa da, daha büyük olanları Röntgen cihazlarında, çeşitli sterilizasyonlarda, hatta parçacık hızlandırıcılarda elekrik ihtiyacını karşılamak için kullanılabilir.

Van de Graaff jeneratörü açıklaması
1) Metal, içi boş küre (pozitif yükü taşır)
2) Üst elektrot, kayışa çok küçük bir mesafede ama asla dokunmaz
3) Üst rulman, metal
4) Kayışın pozitif yüklü tarafı
5) Kayışın negatif yüklü tarafı
6) Alt rulman (Plastik, örn. Polimetilakrilat)
7) Alt elektrot (Toprak, zıt elektrot)
8) Negatif yüklü küre (Asıl küreyi yüklemek için)
9) Potansiyel farkından dolayı oluşan kıvılcım

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Elektrik</span> elektrik yükünün varlığı ve akışı ile ilgili fiziksel olaylar

Elektrik, elektrik yüklerinin akışına dayanan bir dizi fiziksel olaya verilen isimdir. Elektrik sözcüğü Türkçeye Fransızcadan geçmiştir. Elektriğin Türkçe eş anlamlısı çıngı sözcüğüdür. Ayrıca Anadolu ağızlarında elektrik anlamında yaldırayık sözcüğü tespit edilmiştir. Elektrik, pek çok farklı şekillerde var olabilir. Örneğin, yıldırımlar, durgun elektrik, elektromanyetik indüksiyon ve elektrik akımı gibi. Ek olarak, elektriğin elektromanyetik radyasyon, radyo dalgaları gibi oluşumları olduğu bilinmektedir.

Fotoelektrik etki ya da fotoemisyon, ışık bir maddeyi aydınlattığında elektronların ya da diğer serbest taşıyıcıların ortaya çıkmasıdır. Bu bağlamda ortaya çıkan elektronlar, fotoelektronlar olarak adlandırılır. Bu olay genellikle elektronik fiziğinde hatta kuantum kimyası ya da elektrokimya gibi alanlarda çalışılır.

<span class="mw-page-title-main">Elektrik yükü</span> bir nesnenin elektriksel alan ile etkileşimi neticesinde ölçülebilen fiziksel özelliği

Elektrik yükü veya elektriksel yük, bir maddenin elektrik yüklü diğer bir maddeyle yakınlaştığı zaman meydana gelen kuvvetten etkilenmesine sebep olan fiziksel özelliktir. Pozitif ve Negatif olmak üzere iki tür elektriksel yük vardır. Pozitif yüklü maddeler, diğer pozitif yüklü maddeler tarafından itilirken, negatif yüklü olanlar tarafından çekilir; negatif yüklü maddeler de negatif yüklüler tarafından itilir ve pozitif olanlar tarafından çekilir. Bir cisimde negatif yükler pozitif yüklere dominantsa, negatif yüklüdür; tersi durumdaysa pozitif yüklüdür; dominantlık söz konusu değilse yüksüzdür. Uluslararası Birim Sistemi (SI) elektrik yükünü coulomb (C) olarak adlandırırken, elektrik mühendisliğinde amper-saat (Ah) olarak ve kimyada da elemanter yük (e) olarak adlandırmak mümkündür. Q sembolü genellikle yükü ifade etmek için kullanılır. Yüklü cisimlerin birbirleriyle nasıl iletişimde olduklarını anlatan çalışma klasik elektromanyetizmadır ve kuantum mekaniğinin göz ardı edilebildiği ölçüde doğrudur.

<span class="mw-page-title-main">Faraday kafesi</span>

Faraday kafesi, elektriksel iletken metal ile kaplanmış veya iletkenler ile ağ biçiminde örülmüş içteki hacmi dışarıdaki elektrik alanlardan koruyan bir muhafazadır. 1836 yılında İngiliz Fizikçi Michael Faraday'ın buluşu olduğu için "Faraday kafesi" diye adlandırılmıştır.

<span class="mw-page-title-main">Elektrik akımı</span> elektrik yükü akışı

Elektrik akımı, elektriksel akım veya cereyan, en kısa tanımıyla elektriksel yük taşıyan parçacıkların hareketidir. Bu yük genellikle elektrik devrelerindeki kabloların içerisinde hareket eden elektronlar tarafından taşınmaktadır. Ayrıca, elektrolit içerisindeki iyonlar tarafından ya da plazma içindeki hem iyonlar hem de elektronlar tarafından taşınabilmektedir.

<span class="mw-page-title-main">Elektromotor kuvvet</span>

Elektromanyetizma ve elektronikte, elektromotor kuvvet, elektriksel olmayan bir kaynak tarafından üretilen elektriksel eylemdir. Cihazlar (dönüştürücüler); piller ya da jeneratörler gibi diğer enerji türlerini elektrik enerjisine dönüştürerek bir emf sağlar. Bazen elektromotor kuvveti tanımlamak için su basıncına bir analoji kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">Atom çekirdeği</span> Atomun çekim kuvvetinin etkisiyle, çevresinde elektronlar dolaşan, proton ve nötronlardan oluşan pozitif elektron yüklü merkez bölümü

Atom çekirdeği, atomun merkezinde yer alan, proton ve nötronlardan oluşan küçük ve yoğun bir bölgedir. Atom çekirdeği 1911 yılında Ernest Rutherford tarafından keşfedildi. Bu keşif, 1909 yılında gerçekleştirilen Geiger-Marsden deneyine dayanmaktadır. Nötronun James Chadwick aracılığıyla 1932 yılında keşfinden sonra, çekirdeğin proton ve nötronlardan oluştuğu modeli Dmitri Ivanenko ve Werner Heisenberg tarafından çabucak geliştirildi. Atomun kütlesinin neredeyse tamamı çekirdek içerisindedir, elektron bulutunun atom kütlesine katkısı oldukça azdır. Proton ve nötronlar çekirdek kuvveti tarafından çekirdeği oluşturmak için birbirlerine bağlanmıştır. 

<span class="mw-page-title-main">Plazma</span> gaz haldeki maddelerin manyetik kutuplaştırmaya bağlı doğrusal noktalarda oluşan fiziksel ve kimyasal reaksiyonun kontrollü etkileşim süreci

Plazma, gaz hâldeki maddelerin manyetik kutuplaştırmaya bağlı doğrusal noktalarda oluşan fiziksel ve kimyasal tepkimenin kontrollü etkileşim sürecine verilen genel ad. Daha kolay bir tanımla; atomun elektronlardan arınmış hâlidir.

<span class="mw-page-title-main">Elektrostatik</span> durağan elektrik yüklerinin incelenmesi

Elektrostatik, duran veya çok yavaş hareket eden elektrik yüklerini inceleyen bir bilim dalıdır.

<span class="mw-page-title-main">Hall etkisi</span> Bir elektrik iletkeni boyunca voltaj farkı üretimi

Manyetik alan içerisinde bulunan ve üzerinden akım geçen bir iletken boyunca gerilim oluşması olayına Hall etkisi denilmektedir. 1879'da Dr. Edwin Hall tarafından keşfedilmiştir. Gerilimin doğrultusu iletkenden geçen akımın ve manyetik alanın yönüne diktir.

<span class="mw-page-title-main">Saçtırma biriktirme</span>

İnce film kaplamalarda, buhar kaynağı olarak, genellikle saçtırma yöntemi kullanılmaktadır. Diğer yöntemlere göre birçok avantaj sunan bu yöntemde, katı malzeme pozitif iyonlarla bombardıman edilerek, atomlar yüzeyden kopartılır. Kaplanacak olan malzeme, hızlandırılmış iyonlar gibi enerjik parçacıklarla bombardıman edilirse, saçılan atomlar substrat (alttaş) yüzeyinde film tabakası oluştururlar.

<span class="mw-page-title-main">Statik elektrik</span>

Statik elektrik, bir maddenin içerisindeki ya da yüzeyindeki elektrik yüklerinin oransızlığı olarak tanımlanmaktadır. Yük, elektrik akımı ya da elektriksel deşarj tarafından uzağa hareket etmeye başlayacağı zamana kadar aynen kalır. Statik elektrik, elektrik telleri ya da diğer iletkenler boyunca akan ve enerji aktaran elektrik akımının tam aksi olarak adlandırılmaktadır.

<span class="mw-page-title-main">Elektrofor</span>

Elektrofor, elektrostatik indüksiyon süreci ile elektrostatik yük üretmek için kullanılan basit bir jeneratördür. İlk sürümü 1762 de İsveçli bilim insanı, Johan Carl Wilcke tarafından keşfedildi. Fakat bunu geliştiren ve yaygınlaştıran, 1775 yılında İtalyan bilim insanı Alessandro Volta oldu. Elektrofor kelimesi de onun tarafından kullanıldı.

<span class="mw-page-title-main">Alan etkisi (fizik)</span>

Fizikte, Alan etkisi, elektriksel alanın uygulanması sonucu materyaldeki elektrik iletkenliğinin değişimidir. Bir metalde elektriksel alanın uygulandığı bölgenin elektron yoğunluğu yüksektir ve elektrik alan metalin içine çok kısa bir mesafede yayılabilir. Ancak bir yarı-iletken de elektriksel alanın uygulandığı bölgenin elektron yoğunluğu düşük olduğu için elektriksel alan metalin içinde uzun bir mesafeye yayılabilir. Bu yayılma yarı-iletkenin yüzeyine yakın olan kısımlarının iletkenliğini değiştirir ve buna Alan Etkisi denir. Alan etkisi, Schottky Diyotu ve Alan Etkisi Transistörünün, MOSFET, JFET ve MESFET’in, temelinde yatar.

<span class="mw-page-title-main">Elektrostatik endüksiyon</span>

Elektrostatik endüksiyon, bir cismin yakınındaki yüklerin etkilemesi sebebiyle elektriksel yükünün yeniden dağılmasıdır. Ortamda yüklü cisim bulunması sonucu izoleli iletkenin bir ucu negatif bir ucu ise pozitif yükle yüklenir. Endüksiyon, 1753 yılında İngiliz bilim insanı John Canton ve 1762 yılında İsveçli bilim insanı Profesör Johan Carl Wilcke tarafından bulunmuştur. Elektrostatik jeneratörler, Wimshurst makinesi, Van de Graff jeneratörü ve elektrofor gibi, bu prensiple çalışır. Endüksiyon sayesinde elektrostatik potansiyel (voltaj) iletken boyunca her noktada sabittir. Endüksiyon aynı zamanda balon, kâğıt veya strafor hırdavatlar gibi hafif ve yalıtkan maddelerin statik elektrik yükünü çekmesini sağlar. Elektrostatik endüksiyon, elektromanyetik endüksiyon ile karıştırılmamalıdır.

<span class="mw-page-title-main">Wimshurst makinesi</span>

Wimshurst etkisi makinesi, 1880-1883 yılları arasında İngiliz mucit James Wimshurst (1832-1903) tarafından, yüksek voltaj üretmesi için geliştirilmiş elektrostatik bir üretici dir.

<span class="mw-page-title-main">Süper kapasitör</span> Elektronik

Bir süper kapasitör (SC), bazen ultracapacitor, olarak bilinir ve yüksek kapasiteli bir elektrokimyakapasitorü ile kapasitans değerleri 10.000’de = 1.2 volt köprü boşluğu arasında elektrolitik kapasitörler ve piller ile şarj edilebilir. Onlar genellikle birim hacim başına 10 ila 100 kat daha fazla enerji veya elektrolitik kapasitörler daha kütle mağaza, kabul ve şarj çok daha hızlı pil vermekle kalmaz ve çok daha fazla şarj ve şarj edilebilir pillere göre daha fazla yükleme ve boşaltma yapabilir. Ancak belirli şartlar altında geleneksel pillere göre 10 kat daha büyüktür.

<span class="mw-page-title-main">Korona deşarjı</span>

Korona deşarjı; yüksek gerilimli bir iletkenin, etrafını saran hava gibi akışkanların iyonlaşmasıyla oluşan elektriksel bir deşarjdır. Havanın elektriksel bir kırılım geçirip iletkenleşmesi ve yükün iletkenden akışkana sızmasını sağlar. Korona deşarjı, iletkenin etrafındaki elektrik alanın, havanın dielektrik dayanımını aştığı yerlerde oluşur. Genellikle nemli ve sisli havalarda görülen bu deşarj işlemi radyal olarak dışarıya mor renkli ışık halkaları emite eder. Kendiliğinden meydana gelen korona deşarjı doğal olarak eğer elektrik alanı şiddetinin limiti sonsuza gitmiyorsa yüksek voltajlı sistemlerde açığa çıkar. Genellikle yüksek voltaj taşıyan iletkenlerin havaya bitişik sivri noktalarında, mavimsi bir parıltı olarak görülür ve bir gaz deşarj lambasıyla aynı özellikte ışık yayar.

<span class="mw-page-title-main">Elektriksel özdirenç ve iletkenlik</span> Wikimedia anlam ayrımı sayfası

Elektriksel öz direnç, belirli bir malzemenin elektrik akımının akışına karşı nicelleştiren bir özelliktir. Düşük bir direnç kolaylıkla elektrik akımının akışını sağlayan bir malzeme anlamına gelir. Karşıt değeri, elektrik akımının geçiş kolaylığını ölçen elektriksel iletkenliktir. Elektriksel direnç, mekanik sürtünme ile kavramsal paralelliklere sahiptir. Elektriksel direncin SI birimi ohm, elektriksel iletkenliğin birimi ise siemens (birim) (S)'dir.

Atom fiziğinde, etkin nükleer yük, çok elektronlu bir atomda bir elektronun yaşadığı gerçek pozitif (nükleer) yük miktarıdır. "Etkili" terimi, negatif yüklü elektronların koruyucu etkisi, daha yüksek enerjili elektronların, iç katmanın itici etkisi nedeniyle çekirdeğin tam nükleer yükünü deneyimlemesini engellediği için kullanılır. Bir elektronun deneyimlediği etkin nükleer yüke çekirdek yükü de denir. Atomun oksidasyon sayısı ile nükleer yükün gücünü belirlemek mümkündür. Elementlerin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin çoğu, elektronik konfigürasyon temelinde açıklanabilir. İyonlaşma enerjilerinin davranışını düşününperiyodik tabloda. İyonizasyon potansiyelinin büyüklüğünün aşağıdaki faktörlere bağlı olduğu bilinmektedir:

  1. atomun boyutu;
  2. nükleer yük;
  3. İç kabukların eleme etkisi ve
  4. En dıştaki elektronun, içteki elektron tarafından kurulan yük bulutuna nüfuz etme derecesi.