Van de Graaffgenerator

Een Van de Graaffgenerator is een elektrostatische generator ontworpen door Robert Van de Graaff in het begin van de 20e eeuw. De generator bestaat voornamelijk uit een isolerende buis waarop een holle metalen bol is bevestigd. In de verticaal opgestelde, geïsoleerde buis draait een elektrisch geïsoleerde band die fysiek elektrische lading van onder (door wrijving met de aandrijvende as of afkomstig van een hoogspanningsunit) naar boven vervoert. De band fungeert daarbij als stroombron. Zowel boven als onder wordt door metalen kammetjes met scherpe punten de lading getransporteerd. Onder wordt deze op de band gebracht en boven in de bol er weer afgehaald. Ook kan aan de onderkant statische elektrische lading op de band worden gebracht door de band langs een ander geschikt isolerend materiaal te laten wrijven - bijvoorbeeld een rubberen band die onderaan over wat wol of kattevel wrijft (het zogenaamde tribo-elektrisch effect).

Essentieel bij de Van de Graaffgenerator is het feit dat in het centrum van de geladen bol geen elektrisch veld aanwezig is. Alle door de band aangevoerde lading verdwijnt door onderlinge afstoting direct zover mogelijk uit elkaar naar de buitenste rand van de bol. Doordat tegengerichte elektrische velden elkaar opheffen is de grootte van het veld in het middelpunt 0 volt per meter en kan de door de band aangevoerde lading blijven toestromen, met als gevolg dat de spanning op de bol toeneemt. 5 miljoen volt is bij een goede constructie haalbaar.

Dat de spanning op de bol toch begrensd wordt, komt doordat bij een bepaalde spanning stroom door ionisatie van de lucht gaat weglekken. (De doorslagspanning van lucht is 3 miljoen volt per meter) Ook kan bij verdere verhoging van de spanning mogelijkoverslag naar aarde plaatsvinden via in de omgeving opgestelde zaken. De grootte van de bol, de afstand ervan tot andere, geaardevoorwerpen, en de isolerende eigenschappen van het gas waarin de bol is opgesteld zijn hierbij de bepalende factoren. Indien deze worden vergroot zal in gelijke mate de hoogst haalbare spanning ook worden vergroot.

De Van de Graaffgenerator heeft vele diensten bewezen als bijvoorbeeld deeltjesversneller voor atoomonderzoek en hoogspanningstesten voor materiaalonderzoek. Over de gehele wereld zijn er nog steeds honderden actief. Ook is de generator populair bij publieksvoorstellingen. Men kan in het elektrisch veld bijvoorbeeld een tl-buis spontaan laten oplichten. Zet men een persoon onder grote lading, dan zal het haar alle kanten uit gaan staan. (De elektrisch geladen haren gaan elkaar namelijk afstoten).

Dit type elektrostatische generator is relatief simpel in elkaar te zetten en is ongevaarlijk zolang de diameter van de bol onder ruwweg 50 cm blijft. Wel is het aan te bevelen elektronische apparatuur uit de buurt te houden, want door de hoge veldsterktes kunnen halfgeleiders, zoals transistoren, diodes en chips defect raken.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Proef 2:  Van der Graaf generator.

 

Nodig: 2 emmers, van der graaf generator, tl-buis, proefpersonen.

 

Doen: Sluit de Van der graaf generator aan op de stroom. Laat de proefpersoon met zijn voeten op de omgekeerde emmers staan. Laat de proefpersoon de van der graafgenerator nu op de bol aanraken en kijk wat er gebeurd.

Hou nu een Tl-buis in de buurt van de proefpersoon en bekijk nogmaals wat er gebeurd.

 

Waarneming: De haren van de proefpersoon gaan overeind staan. Wanneer de tl-buis in de buurt komt gaat deze branden. Als hij te dicht in de buurt komt krijgt de proefpersoon een schok.

 

Conclusie: Door de elektrische lading gaan de haren van de proefpersoon overeind staan. Dit heeft te maken met het elektrische veld dat ontstaat. De tl-buis gaat branden omdat de elektrische lading voor een deel overspringt. Wanneer hij te dichtbij komt is er een constante doorloop van de elektriciteit waardoor de proefpersoon niet meer van zijn omgeving is afgesloten en de stroom door zijn lichaam voelt stromen.