ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક જનરેટર - ઉપકરણ, ઓપરેશનનો સિદ્ધાંત અને એપ્લિકેશન

ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ - જ્યારે સમાન તીવ્રતાના બે વિરોધી શુલ્ક રદ થાય ત્યારે ઘટના. જો બે શરીર, એક વિરોધી ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ સાથે મજબૂત રીતે ચાર્જ કરવામાં આવે છે, એકબીજાથી નજીકના અંતરે છે, તો પછી તેમની વચ્ચે એક સ્પાર્ક કૂદકો મારે છે અને ટૂંકો પોપિંગ અવાજ સંભળાય છે.

બીજા પર વિદ્યુત ચાર્જ થયેલ શરીરની ક્રિયાના બળ, જેનો ચાર્જ એકમ તરીકે લેવામાં આવે છે, તેને સંભવિત કહેવામાં આવે છે. સંભવિત તફાવત એ વોલ્ટેજ છે.

મેળવવાની પ્રથમ રીતો વિદ્યુત શુલ્ક અને ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ક્ષેત્રોમાં વિવિધ સામગ્રીઓ (ફર, ઊન, રેશમ, ચામડું અને કાચ, રેઝિન સામેની અન્ય સામગ્રીઓ) ના ઘર્ષણનો સમાવેશ થાય છે. રબર વગેરે). તે જ સમયે, વોલ્ટેજ અને ચાર્જ અત્યંત નાના હતા. યાંત્રિક સ્થાનાંતરણ દ્વારા ઇન્ડક્શન અને ચાર્જિસના સંચયથી પરિણામી વોલ્ટેજમાં થોડો વધારો શક્ય બન્યો.

ત્યારબાદ, ઉચ્ચ વોલ્ટેજ મેળવવા માટે, ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક માર્ગદર્શન (ઇન્ડક્શન) ના સિદ્ધાંત પર આધારિત ફરતી ડિસ્ક સાથે સતત સંચાલન કરતી મશીનો બનાવવામાં આવી હતી.જો કે, આ મશીનોએ ઉચ્ચ શક્તિ મેળવવાનું શક્ય બનાવ્યું ન હતું અને મુખ્યત્વે શૈક્ષણિક સંસ્થાઓના ભૌતિકશાસ્ત્ર કાર્યાલયોમાં ઉપકરણો તરીકે એપ્લિકેશન મળી.

શરીરનું વિદ્યુતીકરણ અને ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ઇન્ડક્શન

વિદ્યુત ચાર્જના શરીરને સંદેશ કહેવામાં આવે છે વીજળીકરણ… લેખમાં વર્ણવેલ શરીરનું વિદ્યુતીકરણ અને શુલ્કની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સકારાત્મક અને નકારાત્મક આયનોની રચનાની પ્રક્રિયા શરીરના વિદ્યુતકરણની પ્રક્રિયાનો ખ્યાલ આપે છે: તે એક શરીરમાંથી બીજા શરીરમાં ઇલેક્ટ્રોનના સ્થાનાંતરણમાં સમાવે છે.

આમ શરીરનો વિદ્યુત ચાર્જ શરીરમાં વધુ કે ઉણપ દ્વારા નક્કી થાય છે. ઇલેક્ટ્રોન… શરીરને વિવિધ રીતે વિદ્યુતીકરણ કરવું શક્ય છે, જેમાંથી ઘર્ષણ, સંપર્ક, દિશા, ચાર્જનું ટ્રાન્સફર તકનીકી છે.

વિપરીત પ્રક્રિયા - શરીરની તટસ્થ સ્થિતિ (તટસ્થીકરણ) ની પુનઃસ્થાપના - તેને ઇલેક્ટ્રોનની ગુમ થયેલ સંખ્યા આપવા અથવા તેમાંથી વધુને દૂર કરવાનો સમાવેશ થાય છે.

ઘર્ષણ દ્વારા વિદ્યુતીકરણ દરમિયાન, જો બહારથી સંપર્ક કરતી સંસ્થાઓમાંથી કોઈ એકને કોઈ વધારાના શુલ્કનો સંચાર કરવામાં આવતો નથી, તો બંને સંસ્થાઓ વિવિધ ચિહ્નોની સમાન વીજળીથી ચાર્જ કરવામાં આવે છે. જ્યારે સંસ્થાઓ જોડાયેલ હોય છે, ત્યારે તેમના શુલ્ક સંપૂર્ણપણે તટસ્થ થઈ જાય છે.

આ રીતે, ચાર્જીસ બનાવવામાં કે નાશ પામતા નથી, પરંતુ માત્ર એક શરીરમાંથી બીજામાં સ્થાનાંતરિત થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, આ અમને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જના સંરક્ષણના કાયદાના અસ્તિત્વની ખાતરી આપે છે ઊર્જા સંરક્ષણનો કાયદો.

સ્થિર વીદ્યુત - બાકીના સમયે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ. બે બિન-વાહક અથવા બિન-વાહક અને ધાતુ (દા.ત. મોટર ડ્રાઇવ બેલ્ટ) વચ્ચેના ઘર્ષણના પરિણામે થાય છે, પરંતુ તે જરૂરી નથી કે નક્કર શરીર.

સ્થિર વીજળી ચોક્કસ પ્રવાહી અથવા વાયુઓના ઘર્ષણથી પણ ઊભી થઈ શકે છે. ખૂબ શુષ્ક ત્વચા ધરાવતા લોકો વિદ્યુત શુલ્ક એકઠા કરે છે. ચળવળ દરમિયાન (ત્વચા પર તંતુઓ ઘસવામાં આવે છે), ફેબ્રિકમાં નોંધપાત્ર સ્થિર ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ થાય છે, ફેબ્રિક શરીરને વળગી રહે છે અને ચળવળને અટકાવે છે.

સ્થિર વીજળી જ્વલનશીલ અને વિસ્ફોટક વાતાવરણમાં ખતરનાક બની જાય છે જ્યાં એક સ્પાર્ક સમગ્ર સમૂહને સળગાવી શકે છે. આ કિસ્સામાં, કેટલાક ધાતુના ઉપકરણ દ્વારા સ્થિર ચાર્જને જમીન અથવા હવામાં તરત જ છોડવું જરૂરી છે જેની વાહકતા ભેજ અથવા ઇરેડિયેશન દ્વારા વધારી શકાય છે.

ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ઇન્ડક્શન — વાયરની નજીક સ્થિત અન્ય ચાર્જના પ્રભાવ હેઠળ વાયર પર ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનો દેખાવ (અંતરે શરીરનું વિદ્યુતીકરણ).

બાહ્ય ચાર્જની ક્રિયા હેઠળ, કંડક્ટરના નજીકના છેડે ચાર્જ પ્રેરિત (ઉદભવે છે) થાય છે, જેનું ચિહ્ન બહારથી અભિનય કરતા ચાર્જના ચિહ્નની વિરુદ્ધ હોય છે, અને કંડક્ટરના દૂરના છેડે, a સમાન ચિહ્નનો ચાર્જ. આ કિસ્સામાં, બંને પ્રેરક ચાર્જ તીવ્રતામાં સમાન હોય છે, એટલે કે, ઇન્ડક્શન વાયર પરના શુલ્કને માત્ર અલગ કરવાનું કારણ બને છે, પરંતુ વાયર પરના કુલ ચાર્જને બદલતું નથી (કારણ કે પ્રેરિત શુલ્કનો સરવાળો શૂન્ય છે).

પ્રેરિત શુલ્કની તીવ્રતા અને તેમનું સ્થાન એ શરત દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે કે કંડક્ટરની અંદર કોઈ ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ક્ષેત્ર હોવું જોઈએ નહીં. તેથી, પ્રેરિત ચાર્જને એવી રીતે સ્થિત કરવામાં આવે છે કે તેઓ જે ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ બનાવે છે તે વાયરની અંદરના ક્ષેત્રનો નાશ કરે છે જે પ્રેરક ચાર્જ દ્વારા બનાવવામાં આવે છે.

ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ઇન્ડક્શનનું ઉદાહરણ: ચાર્જ વગરના ઇલેક્ટ્રોસ્કોપમાં ધન અને નકારાત્મક બંને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ સમાન માત્રામાં હોય છે અને તેથી ઇલેક્ટ્રોસ્કોપ ઇલેક્ટ્રિફાઇડ થતું નથી.

જો સકારાત્મક ચાર્જવાળી કાચની લાકડી તેની નજીક આવે છે, તો મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન તેની તરફ આકર્ષિત થશે અને ઇલેક્ટ્રોસ્કોપનો હકારાત્મક ચાર્જ વારાફરતી ભગાડશે.

નકારાત્મક ચાર્જ કાચની સળિયાની નજીક કેન્દ્રિત છે, તેની સાથે જોડાયેલ છે, જ્યારે હકારાત્મક ચાર્જ ભગાડવામાં આવે છે અને તેથી ઇલેક્ટ્રોસ્કોપની પાછળની બાજુએ સ્થિત છે - તે મફત છે.

ઇલેક્ટ્રોસ્કોપ હવે ઇલેક્ટ્રિફાઇડ છે. જો કે, આ સ્થિતિ લાંબા સમય સુધી ચાલતી નથી. કાચની સળિયાને દૂર કરવી યોગ્ય છે, કારણ કે ચાર્જને સકારાત્મક અને નકારાત્મકમાં વિભાજિત કરવાનું ઉલ્લંઘન થાય છે, ઇલેક્ટ્રોસ્કોપની તટસ્થ સ્થિતિ પુનઃસ્થાપિત થાય છે અને તેના પાંદડા તેમની મૂળ સ્થિતિમાં પાછા ફરે છે.

ઇલેક્ટ્રોસ્કોપ - એક ઉપકરણ કે જેની મદદથી શરીરને કયા ચાર્જથી ઇલેક્ટ્રિફાઇડ કરવામાં આવે છે તે નક્કી કરવું શક્ય છે. તેમાં ઉપરના છેડે બોલ અથવા પ્લેટ સાથેની ધાતુની સળિયા અને તળિયે બે ફ્રી હેંગિંગ મેટલ શીટનો સમાવેશ થાય છે. ઇલેક્ટ્રોસ્કોપનું સંચાલન સિદ્ધાંત પર આધારિત છે: સમાન નામની સંસ્થાઓ એકબીજાને ભગાડે છે (જુઓ - ઇલેક્ટ્રોસ્કોપના સંચાલનનો સિદ્ધાંત).

ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ઇન્ડક્શનના કારણો પૈકી એક છે પ્રકૃતિમાં વીજળી, - વાતાવરણીય સ્થિર વીજળીનું સૌથી શક્તિશાળી અને ખતરનાક અભિવ્યક્તિ.

વીજળી તે વાદળના વ્યક્તિગત ભાગો, વ્યક્તિગત વાદળો, વાદળ અને પૃથ્વી, પૃથ્વીથી વાદળ સુધી વાતાવરણીય વીજળીનું વિસર્જન છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, વીજળીને ટૂંકા ગાળાના વિદ્યુત પ્રવાહ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરી શકાય છે, એક ઇલેક્ટ્રિક સ્પાર્ક જે ઇલેક્ટ્રિક સંભવિતતાને સમાન બનાવે છે.

35 વાવાઝોડા અને વીજળી વિશે વારંવાર પૂછાતા પ્રશ્નો

વેન ડી ગ્રાફ ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક જનરેટર

વૈજ્ઞાનિક અને ટેકનિકલ હેતુઓ માટે (ઉદાહરણ તરીકે, ન્યુક્લિયર ફિઝિક્સ, રેડિયોબાયોલોજી, એક્સ-રે થેરાપી, મટીરીયલ ટેસ્ટિંગ, ફ્લૉ ડિટેક્શન, વગેરે), એવા ઉપકરણોની જરૂર છે જે કેટલાક મિલિયન વોલ્ટના વોલ્ટેજ જનરેટ કરી શકે.

આવા ઉપકરણો ઉચ્ચ ડાયરેક્ટ વોલ્ટેજ સાથે તકનીકી રીતે અદ્યતન ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક જનરેટર છે. તેમાંથી સૌથી પ્રખ્યાત વેન ડી ગ્રાફ જનરેટર છે, જે 1829 માં અમેરિકન ભૌતિકશાસ્ત્રી દ્વારા બનાવવામાં આવ્યું હતું. રોબર્ટ વાન ડી ગ્રાફ (1901 - 1967).

વેન ડી ગ્રાફ જનરેટર (1933) 7 મેગાવોલ્ટના વોલ્ટેજ સાથે

જનરેટર એક મેટલ હોલો બોલ છે જે ઇન્સ્યુલેટીંગ સામગ્રીના ઊંચા હોલો કોલમ પર માઉન્ટ થયેલ છે. બોલના પરિમાણો અને સ્તંભની ઊંચાઈ જનરેટરના જરૂરી વોલ્ટેજની મર્યાદા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે (ઉદાહરણ તરીકે, 5 MV ના વોલ્ટેજવાળા જનરેટર માટે, બોલનો વ્યાસ 5 મીટર સુધી પહોંચે છે). ઇન્સ્યુલેટીંગ સામગ્રી (સિલ્ક, રબર)નો અનંત પટ્ટો સ્તંભની અંદર ફરે છે, જે ગોળામાં ચાર્જ ટ્રાન્સફર કરવા માટે કન્વેયર તરીકે કામ કરે છે.

જેમ જેમ તમે ઉપર જાઓ છો તેમ, સ્ટ્રીપ સ્ત્રોતના એક ધ્રુવ સાથે જોડાયેલા બ્રશની પાછળથી ઉપકરણના તળિયે ચાલે છે. સીધો પ્રવાહ લગભગ 10,000 V નો વોલ્ટેજ (એક યોગ્ય રેક્ટિફાયર આ સ્ત્રોત તરીકે સેવા આપી શકે છે). તેના પ્રથમ ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક જનરેટરની રચનામાં, વેન ડી ગ્રાફે ઉપકરણનો ઉપયોગ કર્યો વેક્યુમ ટ્યુબ સાથે.

વેન ડી ગ્રાફ ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક જનરેટર ઉપકરણ

આ બ્રશની ટીપ્સમાંથી, ચાર્જ બેલ્ટ પર નીચે વહે છે, જે તેમને બોલની અંદર લઈ જાય છે, અને બીજા બ્રશ દ્વારા તેઓ બોલની બાહ્ય સપાટી પર જાય છે.ટેપના ચાર્જ વગરના ભાગને નીચે ખસેડવાની પ્રક્રિયામાં સુધારો કરવા માટે, ચાર્જ કરેલા બોલમાંથી બ્રશની મદદથી, વિપરીત ચિહ્નના ચાર્જ ટ્રાન્સફર કરવામાં આવે છે.

ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ઇન્ડક્શનને લીધે, બ્રશ પર નકારાત્મક ચાર્જ દેખાય છે, જે સ્રાવ દ્વારા પટ્ટાના ઉતરતા ભાગમાં લઈ જવામાં આવે છે. આ ચાર્જ પછી બ્રશ અને ગ્રાઉન્ડેડ લોઅર રોલરમાં ટ્રાન્સફર થાય છે, જેના દ્વારા તે જમીન પર છોડવામાં આવે છે.

જેમ જેમ ટેપ આગળ વધવાનું ચાલુ રાખે છે તેમ, બોલ પરનો ચાર્જ ત્યાં સુધી વધે છે જ્યાં સુધી તે બોલના વ્યાસ અને તેનાથી બીજા ઇલેક્ટ્રોડ અથવા જમીન સુધીના અંતર દ્વારા નિર્ધારિત પૂર્વનિર્ધારિત થ્રેશોલ્ડ મૂલ્ય સુધી પહોંચે નહીં.

જેમ જેમ ટેપ આગળ વધવાનું ચાલુ રાખે છે તેમ, બોલ પરનો ચાર્જ ત્યાં સુધી વધે છે જ્યાં સુધી તે બોલના વ્યાસ અને તેનાથી બીજા ઇલેક્ટ્રોડ અથવા જમીન સુધીના અંતર દ્વારા નિર્ધારિત પૂર્વનિર્ધારિત થ્રેશોલ્ડ મૂલ્ય સુધી પહોંચે નહીં.

વોલ્ટેજ વધારવા માટે, આવા બે ઉપકરણો ઇન્સ્ટોલ કરેલા છે, જેમાં દડાઓ વિરુદ્ધ ચિહ્નોના ચાર્જ મેળવે છે. તેથી, ઉદાહરણ તરીકે, 10 MV નો વોલ્ટેજ મેળવવા માટે, બે જનરેટરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જે જમીનના સંદર્ભમાં +5 MV અને -5 MV પર ચાર્જ કરવામાં આવે છે અને એકબીજાથી એટલા અંતરે સ્થાપિત થાય છે કે વોલ્ટેજમાં ભંગાણની શક્યતા ઓછી હોય છે. આપેલ કરતાં બંધ છે.

હાલમાં, ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક જનરેટરના વિવિધ મોડલની મોટી સંખ્યા છે, જેમાં વેન ડી ગ્રાફ ડિઝાઇનનું પુનરાવર્તન થાય છે. તેનો ઉપયોગ શારીરિક પ્રયોગો માટે અને મનોરંજન અને ક્રિયા પ્રદર્શનો માટે આકર્ષણ તરીકે થાય છે. સ્થિર વીદ્યુત.

તે રસપ્રદ છે: ટ્રાઇબોઇલેક્ટ્રિક ઇફેક્ટ નેનોજનરેટર (TENG)