Co to jest generator elektrostatyczny?
Generator elektrostatyczny to urządzenie, które wytwarza wysokie napięcia poprzez stopniowe gromadzenie ładunku przez prąd o niskiej mocy, który można następnie przechowywać do późniejszego wykorzystania. Urządzenia te przekształcają działanie mechaniczne w ładunek elektryczny, wytwarzając tak zwaną elektryczność statyczną, taką jak ta, która powstaje, gdy pieścisz kota lub pocierasz balon włosami, ale w znacznie większej ilości. Uważa się, że pierwszy generator elektrostatyczny został wynaleziony przez Otto von Guericke pod koniec XVII wieku.
Urządzenia tego typu ogólnie dzielą się na dwie kategorie: maszyny tryboelektryczne lub cierne oraz maszyny indukcyjne elektrostatyczne. Oba typy maszyn generują ten sam rodzaj prądu elektrycznego, ale na różne sposoby. Pierwszy generator elektrostatyczny był maszyną cierną, ale późniejsze ulepszenia wprowadziły bardziej zaawansowane maszyny typu elektrostatyczno-indukcyjnego.
Generatory elektrostatyczne typu ciernego polegają na działaniu tryboelektrycznym, którym jest wytwarzanie małego prądu elektrycznego, gdy dwa materiały ocierają się o siebie. Pierwsza maszyna miała obracającą się kulę siarki, która gromadziła ładunek elektrostatyczny poprzez pocieranie o nią dłoni podczas obracania się. Późniejsze badania wykazały, że można również zastosować inne materiały, takie jak szkło.
Elektrostatyczne maszyny indukcyjne, zwane także maszynami wpływowymi, działają na zasadzie ładowania indukcyjnego. Dzięki temu procesowi naładowany obiekt może przekazać przeciwny ładunek innemu obiektowi, po prostu umieszczając go w pobliżu drugiego obiektu. Proces ten jest połączony z pewnym rodzajem operacji mechanicznych, takich jak obracający się dysk szklany, w celu ciągłego dodawania ładunku do obiektu magazynowego.
Generator Van de Graffa jest zaawansowanym generatorem elektrostatycznym typu indukcyjnego. Niektóre z największych generatorów elektrostatycznych mogą wytwarzać ładunki do 10 milionów woltów. Po raz pierwszy wprowadzony przez naukowców z MIT w 1929 roku, ten typ generatora elektrostatycznego jest najbardziej znany, ponieważ pojawił się w wielu filmach i programach telewizyjnych jako popularny komponent w laboratoriach „szalonego naukowca”. Te urządzenia mają jednak wielką uzasadnioną wartość naukową.
Maszyny takie jak generator Van de Graffa i inne generatory elektrostatyczne są powszechne w ustawieniach nauczania i demonstracji, takich jak laboratoria fizyki lub muzea. Są one powszechnie stosowane w celu wykazania właściwości elektryczności statycznej i zjawisk związanych z prądem elektrycznym o wysokim napięciu. Znalazły również zastosowanie w lampach rentgenowskich i innych zastosowaniach medycznych, a także w badaniach fizyki, przemyśle i przetwórstwie spożywczym.