Tìm hiểu về máy phát tĩnh điện Vũ Quang Nam Điện 01 K57 Viện Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà 1 Mục lục I Lịch sử ra đời máy phát tĩnh điện 1 Máy phát tĩnh điện Wimshurst 2 Máy phát tĩnh điện Van de[.]
Tìm hiểu máy phát tĩnh điện Mục lục I Lịch sử đời máy phát tĩnh điện Máy phát tĩnh điện Wimshurst Máy phát tĩnh điện Van de Graaff II Cấu tạo nguyên lí hoạt động máy phát Van de Graaff Thành phần cấu tạo Nguyên lí hoạt động III Các nguyên nhân hạn chế việc tích điện IV Sơ lược loại máy Van de Graaff Máy phát tĩnh điện loại nhỏ Máy phát tĩnh điện loại lớn Máy Tandem V Ưu nhược điểm ứng dụng máy phát tĩnh điện Vũ Quang Nam-Điện 01-K57 Viện Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Tìm hiểu máy phát tĩnh điện I Lịch sử đời Các máy phát điện sử dụng dựa vào nguyên lý tĩnh điện trước người khám phá từ tính điện Wimshurst máy phát điện dựa vào nguyên lý tĩnh điện Van de Graaff dựa vào hai cấu “Điện tích truyền từ điện cực có điện áp cao” “Điện tích tạo ma sát” Máy phát tĩnh điện Wimshurst Máy phát tĩnh điện Wimshurst gồm có phận chính: Hai đĩa làm chất cách điện tốt, mặt đĩa có dán nhơm mỏng cách Hai đĩa đặt song song, đồng trục quay ngược chiều nhờ cấu truyền động gồm tay quay, dây đai cao su Vũ Quang Nam-Điện 01-K57 Viện Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Tìm hiểu máy phát tĩnh Hai trung tính: Thanh trung tính vật dẫn điện, hai trung tính gắn cố định vào trục hai đĩa Ở hai đầu trung tính có hai chổi kim loại (thường làm dây dẫn mảnh đàn hồi tốt), hai chổi trượt sát bề mặt đĩa đĩa quay Hai cần gom điện tích: Mỗi cần gom điện tích dạng hình chữ U, hai nhánh có hai mũi nhọn đối diện nhau; mũi nhọn gần với nhơm hai mặt ngồi hai đĩa, khơng tiếp xúc với chúng Điện tích tạo ma sát truyền từ nhôm qua cần gom điện tích tích điện cho cầu kim loại Máy phát tĩnh điện Van de Graaff Ý tưởng Lord Kelvin: Sử dụng vỏ cầu rỗng kim loại có bán kính R tích điện thơng qua chất lỏng Các giọt chất lỏng từ độ cao h tích điện hiệu điện V0 nhỏ vào vỏ cầu qua lỗ nhỏ Khi giọt chất lỏng rơi vào vỏ cầu dẫn điện chúng truyền tồn điện tích mà chúng có cho vỏ cầu Tuy nhiên, vỏ cầu tích điện gây lực đẩy tĩnh điện ngược lại giọt chất lỏng rơi xuống vào vỏ cầu Đến thời điểm giọt chất lỏng khơng thể lọt vào vỏ cầu nữa, vỏ cầu chưa chứa đầy chất lỏng Lúc Vũ Quang Nam-Điện 01-K57 Viện Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Tìm hiểu máy phát tĩnh vỏ cầu không tích thêm điện vỏ cầu đạt điện cực đại Máy phát Van de Graaff đời, gọi theo tên Robert J Van de Graaff, người đưa ý tưởng Lord Kelvin vào ứng dụng thực tế Năm 1931, Van de Graaff chế tạo máy phát điện mang tên ông viện công nghệ Massachusett, Mỹ Ban đầu máy sử dụng để hỗ trợ nghiên cứu tia X lượng cao gia tốc hạt hạ nguyên tử Ngày nay, máy trưng bày giảng đường điện Thomson Bảo tàng khoa học Boston, Mỹ Máy gồm hai trụ, trụ có cầu nhơm rỗng với đường kính 4,7 mét đặt đỉnh Ban đầu hai cầu tích điện trái dấu, dẫn đến phóng điện tia sét triệu volt Ngày hai cầu nối với phóng điện vào cầu trụ que nối đất phóng điện với Vũ Quang Nam-Điện 01-K57 Viện Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Tìm hiểu máy phát tĩnh II Cấu tạo nguyên lí hoạt động máy phát tĩnh điện Van de Graaff Thành phần cấu tạo: Biến T: Dùng để tạo điện Bộ phận chỉnh lưu K: Dùng để tạo dòng điện chiều Tụ C: San phẳng dạng điện áp sau chỉnh lưu, giúp cân điện tích B cầu kim loại rỗng (điện cực điện cao) nối với điện cực điện thấp (đất) qua băng tải A làm vật liệu cách điện O1, O2 lăn giúp băng tải chuyển động O, D mũi nhọn dùng để truyền điện tích Vũ Quang Nam-Điện 01-K57 Viện Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Tìm hiểu máy phát tĩnh Nguyên lí hoạt động: Biến T tạo điện vài chục kV Để có điện áp chiều ta nối thêm chỉnh lưu K tụ C giúp cân điện tích Qua mũi nhọn O điện tích truyền lên băng tải A đầu điện thấp (đất) truyền đến cực Để tích điện liên tục băng tải A chuyển động liên tục trục P nhờ hai lăn O1, O2 Qua mũi nhọn D, điện tích chuyển từ băng tải A sang cầu B Các điện Vũ Quang Nam-Điện 01-K57 Viện Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Tìm hiểu máy phát tĩnh tích tích tụ bề mặt cầu nâng điện lên dòng điện rò từ B xung quanh với dòng điện băng tải A cung cấp III Các nguyên nhân hạn chế việc tích điện Quả cầu khơng hồn tồn cách điện, tượng rị rỉ qua phần cách điện gắn cầu Phóng điện khơng khí có độ ẩm Độ thơ ráp cầu Kích thước cầu ảnh hưởng đến việc nâng cao điện áp Biện pháp khắc phục: Độ rị rỉ điện tích lớn điện áp cao, phải tích điện liên tục cho cầu Chọn cầu có độ dẫn điện, độ nhẵn cao, kích thước lớn Sử dụng khí trơ để hạn chế rị rỉ đánh thủng cách điện, máy đặt vỏ bọc chứa khí trơ có áp suất cao IV Sơ lược loại máy Van de Graaff Máy phát tĩnh điện loại nhỏ Trên hình máy phát tĩnh điện loại nhỏ, đường kính mét Vũ Quang Nam-Điện 01-K57 Viện Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Tìm hiểu máy phát tĩnh Máy phát tĩnh điện loại lớn Gồm có cầu, tích điện dương, tích điện âm Đường kính cầu khoảng 4,5 mét Điện chúng lên đến triệu vôn Vũ Quang Nam-Điện 01-K57 Viện Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Tìm hiểu máy phát tĩnh Ta biết khí trơ có độ bền cách điện cao khơng khí nhiều người ta cho máy phát tĩnh điện vào vỏ bọc chứa khí trơ áp suất lên đến 15 atm Thơng thường vỏ bọc chứa khí SF6 áp suất cao để tăng cách điện điện cực điện cao với đất Đối với máy Van-de-Graaff loại tốt nhất, phóng điện khơng vượt q chục triệu volt, chùm ion điện tích đơn vị có lượng khơng vượt q 20 MeV, thơng thường có lượng khoảng 2-5 MeV Dòng chùm hạt lớn, đạt đến vài trăm A Vũ Quang Nam-Điện 01-K57 Viện Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Tìm hiểu máy phát tĩnh Máy gia tốc tĩnh điện Tandem Trong máy tandem sử dụng tượng tái tích điện (thay đổi dấu điện tích) ion Nguyên lí: Các điện cực đầu vào khỏi ống chân không điện đất, đầu cao đặt ống Bên thể tích nhỏ đầu vào ống, chất khí bị ion hóa, thường phóng điện, từ thể tích ion tích điện âm đơn lẻ trích Những ion gia tốc bên ống phía đầu cao, nơi hai hay nhiều electron bị bóc khỏi ion truyền qua kim loại mỏng vùng chứa đầy chất khí Điện tích ion thay đổi từ âm sang dương, ion bị đẩy xa cực gia tốc phía đầu ống, nối với đất Vũ Quang Nam-Điện 01-K57 Viện Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Tìm hiểu máy phát tĩnh Chẳng hạn ion H- gia tốc theo phương đến điện cực dương có điện cao Tại điện cực ion H - bị tán xạ lên bia mỏng số lớn ion bị hai electron trở thành proton tích điện dương H + Các proton lại bị điện cực dương đẩy tức chúng bị gia tốc thêm lần Kết nhận dịng hạt có lượng gấp đơi Hình ảnh: Một máy gia tốc tandem lớn dùng nhiều năm Daresbury Anh Ống gia tốc nó, đặt thẳng đứng, dài 42m cực trung tâm giữ điện lên đến 20 triệu volt V Ưu, nhược điểm ứng dụng máy phát tĩnh điện Ưu điểm: Điện áp cao, bị méo, dễ điều chỉnh Nhược điểm: dòng nhỏ, dễ bị rung V lớn Ứng dụng: Các máy Van-de-Graaff loại nhỏ sử dụng giảng dạy vật lí, trưng bày bảo tàng khoa học Sử dụng để gia tốc hạt, nghiên cứu tia X, sơn tĩnh điện, thử cáp cao áp Vũ Quang Nam-Điện 01-K57 Viện Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà .. .Tìm hiểu máy phát tĩnh điện I Lịch sử đời Các máy phát điện sử dụng dựa vào nguyên lý tĩnh điện trước người khám phá từ tính điện Wimshurst máy phát điện dựa vào nguyên lý tĩnh điện cịn... vào hai cấu ? ?Điện tích truyền từ điện cực có điện áp cao” ? ?Điện tích tạo ma sát” Máy phát tĩnh điện Wimshurst Máy phát tĩnh điện Wimshurst gồm có phận chính: Hai đĩa làm chất cách điện tốt, mặt... 01-K57 Viện Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Tìm hiểu máy phát tĩnh Máy phát tĩnh điện loại lớn Gồm có cầu, tích điện dương, tích điện âm Đường kính cầu khoảng 4,5 mét Điện chúng lên