Генератор Ван-дер-Граафа

[Solaris86]

Читал в нескольких источниках принцип работы, но никак не понять момент с лентой: если заряд ленты постоянен, а заряд шара всё время нарастает, то почему этот заряд продолжает сниматься полностью каждый раз, когда заряженный фрагмент ленты оказывается у верхней кисточки?
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0 ... 1%84%D0%B0

[AnatolyBa]

У верхней кисточки - это внутри сферы. Там, в идеале, напряженность поля нулевая. Нет проблем для заряда спрыгнуть на внутреннюю поверность (и затем сразу на внешнюю).
Проблема - почему заряды не сносит по дороге, там где напряженность не нулевая. Но, полагаю, условие отрыва заряда от ленты близко к условию возникновения коронного разряда.

[EUgeneUS]

Solaris86
Имеет смысл разобраться с т.н. сферическим конденсатором - конденсатором, обкладками которого являютя две концентрические сферы.
Окажется, что разность потенциалов (и поле между сферами) создает только заряд на внутренней сфере, внешняя в этом не участвует. Соответственно, когда такой конденсатор закорачивают, заряд с внутренней сферы полностью перетекает на внешнюю - в идеале, вне зависимости от уже имеющегося на ней заряда.

AnatolyBa в сообщении #1433798 писал(а):

Проблема - почему заряды не сносит по дороге, там где напряженность не нулевая. Но, полагаю, условие отрыва заряда от ленты близко к условию возникновения коронного разряда.

Так напряженность поля вдоль (впрочем и поперек) ленты небольшая. Для этого ленту делают длинной. Насколько понимаю.

[arseniiv]

Раньше я бы подумал, что длинной её делают чтобы можно было спокойно натирать о неё что-то подальше от шара (теперь не знаю, видимо по обеим и кроме того некоторым другим причинам).

[AnatolyBa]

EUgeneUS в сообщении #1433837 писал(а):

Так напряженность поля вдоль (впрочем и поперек) ленты небольшая. Для этого ленту делают длинной

Ну, что значит небольшая. На подходе к верхней сфере напряженность будет приблизительно определяться ее радиусом (и всякими неидеальностями, которые только пакостят).
Тут уж как далеко (высоко) ее не ставь, если мы не можем неограниченно увеличивать радиус (а мы не можем), то напряженность будет достаточно велика.
Там по ссылке сказано, что максимальное напряжение ограничено коронным разрядом вокруг сферы. Вот когда будет ионизация, коронный разряд, тогда и с ленты заряды будут стекать по дороге

[Theoristos]

AnatolyBa в сообщении #1433844 писал(а):

Вот когда будет ионизация, коронный разряд, тогда и с ленты заряды будут стекать по дороге

А, простите, куда стекать?

[AnatolyBa]

Это довольно далеко от первоначального вопроса, не так ли? Я не планировал углубляться.
Вы сами работали с генераторами Ван де Граафа?
Я нет, но по существу могу сказать следующее.
Если Википедия утверждает, что лимитирующим фактором является корона, я склонен этому верить.
Однако, думаю, что стекание заряда с ленты по дороге (в воздух) некоторую роль также играет.
Предположим напряжение достигает 3 мегавольт и радиус шара - 1 метр. Тогда напряженность порядка 30 киловольт на сантиметр. Если прибор в воздухе, не в элегазе, это соответствует напряжению пробоя. Поскольку поле не однородное, разряд будет коронный (в принципе, коронный разряд и раньше начнется). Ионизация, ультрафиолет, бомбардировка ионами поверхности ленты - все эти процессы приводят к стеканию разряда. Играет ли роль механизм вроде автоэлектронной эмиссии? Не знаю, здесь надо разбираться в деталях - как заряды удерживаются на ленте. Кроме того - могут возникать поверхностные разряды (вроде дужек на плохо сделанных дисковых изоляторах), частичные разряды в толще диэлектрика. Все это не придает спокойствия

[EUgeneUS]

Как-то на досуге задумывался, что является лимитирующими факторами для генератора Ван дер Граафа.

1. Хорошо, корона. Корона будет возникать:
а) на шероховатостях шара. Поэтому он должен быть полированным.
б) на крае отверстия, куда входит лента. Там тоже можно всякие полированные закругления делать, но кардинально проблема, имхо, не решается. Это подтверждается фотографиями разрядов - каналы в бОльшей массе формируются как раз на срезе отверстия, для входа ленты.

2. Но что будет, если исключить корону? Каким-нибудь способом, например, поместим устройство в очень глубокий вакуум, или трансформаторное масло... Всё равно же будет какой-то лимитирующий фактор.
ИМХО, вот тогда будет играть роль "сдувание зарядов" вдоль ленты. При приближении заряда (на ленте) к шару лента попадает в область, где значение поля будет достаточно, чтобы "сдвигать заряды" против движения ленты. В конце концов плотность зарядов станет такой, что градиент поля внизу ленты станет таким большим, что источник перестанет заряжать ленту.

То, что п.2 всё таки является значимым для реальных конструкций, косвенно подтверждается тем, что в больших генераторах вместо диэлектрической ленты используется пелетрон - лента с чередующимися диэлектрическими и металлическими элементами.

[AnatolyBa]

EUgeneUS в сообщении #1434270 писал(а):

Поэтому он должен быть полированным

Да, высоковольтные детали полируют. Но без фанатизма, от микро-шероховатости все равно не избавиться.

EUgeneUS в сообщении #1434270 писал(а):

Там тоже можно всякие полированные закругления делать, но кардинально проблема, имхо, не решается.

Здесь есть определенные возможности - промежуточные электроды могут отчасти выровнять поле. Кажется, на картинке пелетрона из Википедии это они.
Но я до сих пор говорил о классической простой схеме.
Вообще-то я удивлен, что генераторы Ван де Граафа, пусть и усовершенствованные до сих пор используются. Есть ведь другие методы. Видимо я чего-то не знаю.

EUgeneUS в сообщении #1434270 писал(а):

поместим устройство в очень глубокий вакуум, или трансформаторное масло

Помещают в элегаз. Это классика он в три раза лучше чем воздух. В масло? Не думаю, что это что-то реально даст. В вакуум - хорошо бы, но как делать остальные штуки? Не утверждаю, что это невозможно, но надо хорошо подумать.

EUgeneUS в сообщении #1434270 писал(а):

значение поля будет достаточно, чтобы "сдвигать заряды" против движения ленты

В принципе, это ведь поверхностная проводимость. Она зависит от множества факторов. Не думаю, что в такой сложной установке реально повысить удельное поверхностное сопротивление выше $10^9 Ом$. Впрочем современных технологий в этом деле не знаю.

Однако кроме обычной поверхностной проводимости есть ведь и поверхностный разряд. Который тоже зависит от множества факторов. Часто именно он определяет слабое место установки.
Посмотрите на ребра изоляторов, на гирлянды изоляторов у ЛЭП - все для увеличения пути по поверхности для возможного разряда.
Ребра на ленте тоже наверно можно сделать, но уж больно кудряво получится.
А если поверхностный разряд возникнет - тут уж не "сдвиг зарядов" получится. Заряды утекут в воздух (или газ)

[PAO]

В старых ч/б телевизорах на кинескоп подавалось высокое напряжение примерно 16-18 кВ от высоковольтного выпрямителя на лампе 1Ц21П. Напряжение на выходе этого выпрямителя импульсное. Подключим этот высоковольтный провод к внутренней поверхности сферы генератора Ван де Граафа. Каждый высоковольтный импульс как бы доставляет на внутреннюю поверхность заряд, который переходит на внешнюю поверхность сферы. Следующий импульс доставляет следующий заряд. Получится таким образом создать на внешней поверхности сферы напряжение 1 000 000 В или выше?

[AnatolyBa]

Э-ээ. Ваша идея, скажем так, нуждается в некоторой доработке. Подробности нужны.
Если в результате доработки построим схему Кокрофта-Уолтона, тогда да, получится.

[rascas]

PAO в сообщении #1434496 писал(а):

Каждый высоковольтный импульс как бы доставляет на внутреннюю поверхность заряд, который переходит на внешнюю поверхность сферы. Следующий импульс доставляет следующий заряд. Получится таким образом создать на внешней поверхности сферы напряжение 1 000 000 В или выше?

Если допустить , что на ТВС (и соответственно на кенотроне) амплитуда импульсов не больше 18 кВ. Потенциал полой сферы станет 18 Кв. и не будет дальше возрастать, кенотрон закроется и не будет проводить ток на сферу (разрыв цепи).
Несмотря на то, что заряд скапливается только на внешней поверхности сферы, потенциал на внешней и внутренней поверхности проводящей сферы равны.

[PAO]

rascas в сообщении #1434512 писал(а):

Если допустить , что на ТВС (и соответственно на кенотроне) амплитуда импульсов не больше 18 кВ. Потенциал полой сферы станет 18 Кв. и не будет дальше возрастать, кенотрон закроется и не будет проводить ток на сферу (разрыв цепи).
Несмотря на то, что заряд скапливается только на внешней поверхности сферы, потенциал на внешней и внутренней поверхности проводящей сферы равны.

Есть генератор, который создаёт разность потенциалов 7 000 000 в. То есть, на участке ленты, который подходит к верхней щётке, заряд 7 000 000 в. Эти заряды переходят на сферу и разность потенциалов на наружной поверхности сферы постепенно увеличивается. И когда она станет 7 000 000 в, то расти выше уже не будет. Я правильно понимаю?

[realeugene]

PAO в сообщении #1434612 писал(а):

заряд 7 000 000 в

Что бы это ещё значило?

[PAO]

Ну выразился не верно. Но смысл я думаю понятен. На участке ленты, подходящей к верхней щётке уже есть потенциал 7 000 000 в. Разность потенциалов между эти участком ленты и землёй 7 000 000 вольт.