Warning: "continue" targeting switch is equivalent to "break". Did you mean to use "continue 2"? in /home/elkadotc/public_html/plugins/system/helix3/core/classes/menu.php on line 89

Newsletter subscription

Generatorul Van de Graaff

 

Dispozitiv Van de Graaff și începutul unei teorii absurd de fizic

 

Versiunea veche a acestui articol a fost promovat acum câțiva ani (2009) și puteți găsi în continuare acest articol aici.

 

 Fundal și explicație reală

 

 Dispozitiv Van de Graaff (VDG) reprezintă un subiect comun pentru orice nivel scăzut sau carte fizic avansat. Un generator VDG este un dispozitiv conceput pentru a crea electricitate statică și face disponibil pentru experimentare. Există două variante de VDG, cu sau fără potențial aplicate pe a doua pensula.

 

Chiar este un instrument comun, explicația generării taxa nu are un tratament unitar și diferă de la carte la carte. Pentru VDG fără potențial aplicată suplimentare, ca referință, cursul Berkeley (vol II - Electricitate si Magnetism) este folosit. Pentru VDG cu potential aplicat pe o pensula, cartea ,, curent, Fields și particulele "de Francis Bitter, John Wiley and Sons, 1960, New York, este utilizat ca referință.

 

Într-un dispozitiv comun VDG (fig. 1), o centură de mătase, sau alt material dielectric flexibil similare, se execută peste doi scripeți, unul dintre care este înconjurat de o sferă de metal gol. Dispozitive mici au de obicei o curea de latex, care poate rula pe un scripete acoperit simțit.

 

Doi electrozi în formă de rânduri în formă piepteni puncte metalice ascuțite, sunt poziționate respectiv în apropiere către rotile. Un electrod este conectat la sfera, iar celălalt la un punct nul sau altă sferă mică.

 

Van der Graaff 01

 

Figura 1. Dispozitiv comun VDG

 

Explicația pentru acest dispozitiv VDG în curs Berkeley este atât de vagă și filosofică și nu are nimic de-a face cu realitatea experimentală.

 

În alte texte următoarea explicație este oferită:

 

Atunci când motorul este pornit, rola inferioară (încărcător) începe rotirea centura. Datorită diferitelor materiale de curea și role, rola de jos începe să construiască o sarcină negativă, iar centura construiește o sarcină pozitivă. Centura este încărcată pozitiv și de rulare spre rola superioară și ansamblul perie de sus. Electronii din peria trece la sfaturi de firele deoarece acestea sunt atrase de centura încărcate pozitiv. Odată ce aerul descompune, sfera devine încărcat pozitiv. Pentru generatorul VDG, centura este grevat, oferind o încărcare continuă (pozitiv) la sfera.

 

Mai elaborat dispozitiv VDG, folosiți un potențial ridicat (pozitiv sau negativ), de aproximativ 15-20 kV, aplicat pe pensula inferior ca în fig. 2.

 

Van der Graaff 02

 

Figura 2. Negativ potențial dispozitiv VGD

 

Explicația reală: dacă un potențial ridicat (15-20 kV) este aplicat pe perie mai mici, aerul din jurul periei devine ionizat si taxa este injectat pe banda, care apoi le transporta și în interiorul sferei.

 

În internet, am gasit destul de o explicație similară pentru astfel de dispozitiv VDG modifică după cum urmează:

 

Un simplu generator de Van de Graaff constă dintr-o centură de funcționare mătase peste două scripeți, unul dintre care este înconjurat de o sferă de metal gol. Doi electrozi, E1 și E2, în formă de conuri ascuțiți sunt poziționate respectiv în apropiere de fundul scripetele și în interiorul sferei. E2 este conectat la sfera și E1 se face 10000 volți pozitive în raport cu pământ.

 

Acest înaltă tensiune ionizează aerul de la acel moment, respingerea sarcini pozitive pe banda și sunt transportate în interiorul sferei. Această taxă pozitiv induce o sarcină negativă la electrodul E2 și o sarcină pozitivă la sfera (la care E2 este conectat). Mare diferență de potențial ionizează aerul din interiorul sferei și sarcini negative sunt respinse pe centura, descărcându-l. Ca urmare a efectului găleată de gheață Faraday, sarcină pozitivă pe E2 migrează la sfera, indiferent de tensiune existente sferei de. Deoarece cureaua continuă să se miște în jurul, sfera taxele pozitiv suplimentar, până rata de scurgere este egală rata la care taxa este indusă.

 

De ce explicațiile reale sunt absurde?

 

Este acceptat faptul că generatorul Van De Graaff funcționează pur și simplu pe principiul triboelectricity. Când două materiale sunt frecate sau vin în contact împreună, un schimb ,, de electroni "poate avea loc în funcție de proprietățile lor triboelectric. Atunci când are loc un astfel de transfer, materialul care a pierdut electroni va deveni încărcată pozitiv și cel care a câștigat electroni devine încărcat negativ.

 

Triboelectricity este o caracteristică de material, aceasta înseamnă de fiecare dată când materialul două sunt frecate sau vin în contact împreună, unul dintre ei va deveni ,, pozitive "și un alt ,, negativ". Nu există posibilități tehnice pentru a schimba caracteristicile unui material și, de exemplu, un material de nylon frecat pe același material de teflon pentru a deveni astăzi încărcat pozitiv și mâine încărcat negativ.

 

Este o lege a naturii (și nu a explicat încă!) Că de fiecare dată când aceste două materiale intră în contact, de fiecare dată același tip de ,, taxe "apar pe un singur material și opuse ,, taxe" pe alte materiale.

 

Având această idee de bun simț în minte să ne analizăm din nou fig. 1 cu o explicație reală pentru Van der Graaff dispozitiv (fără injecție taxa).

 

Să considerăm că scripeți sunt din teflon și centură este de nylon.

 

Explicația reală a Van der Graaff dispozitiv contrazice evident ceea ce este cunoscut despre serie triboelectric și contact sau electrificare inducție.

 

Dacă centura devine încărcat pozitiv ca urmare a contactului între centura nailon și inferior scripete teflon, și, desigur, aceste taxe pozitive sunt colectate pe sfera mai mare, este complet imposibil ca același frecarea dintre scripete teflon superioară și centura nailon taxe centura cu o sarcină negativă. Fie cunoștințe triboelectric fie explicație reală pentru Van der Graaf dispozitiv este un nonsens.

 

Van der Graaff vine în contradicție cu ceea ce este cunoscut despre electrificarea prin contact sau influență prea.

 

Nu este bine cunoscut dovada ca, atunci cand un organism neîncărcată în contact cu un corp încărcat, având o sarcină Q, taxa de suferit de redistribuire asupra organismelor ambele. Desigur, ca urmare a acestei distribuții taxa organismul neutru inițială devine încărcat, iar corpul inițial încărcat, rămâne încărcat dar având o sarcină mai mică ca în fig. 3

 

Van der Graaff 03

 

Figura 3. Contact transfer de sarcină

 

In fig. 6, după contact, ambele organisme plătesc cu aceeași acuzație dacă au aceleași dimensiuni și sunt realizate din același material.

 

Dacă aceste organisme sunt acuzați de același tip de taxa, dar în cantitate diferite (q și Q), atunci când se face contactul există un transfer de taxa de mare pentru organism încărcat mai mic.

 

Este o regulă bun simț, că în caz de influență sau organisme directe de contact, este imposibil de a transfera o aceeași tip de încărcare de la un organism care transportă o încărcătură mai mică de un alt corp care transportă o încărcătură mai mare (fig 4).

 

Van der Graaff 04

 

Figura 4. Imposibilitatea de transfer de sarcină

 

În conformitate cu acest ,, simț "fenomene ale electrostatic, sfera aparatului VDG trebuie să ajungă într-un ,, final fericit" caz la o taxă maxim egal ca valoare cu taxa produsă de frecarea între două suprafețe. De ,, taxele "produse ca urmare a frecarii depinde de tipul de suprafata si materiale de contact, dar în orice caz această taxă este mic, de ordinul a scară pandative nano.

 

            Ca urmare, după câteva doilea a VDG lucru, sfera ar trebui să ajungă, admite un transfer de 100% din taxa (prin inducție sau de contact), pentru aceeași sarcină ca și eficace taxa produs în frecare între curea și role ca în fig. 13.

 

Van der Graaff 05

 

Figura 13. taxă maximă posibilă sferă

 

            După aceea, chiar centura continua să se rotească, din cauza egalității de taxa, nici un transfer sau nu inducție poate avea loc, deoarece este imposibil de a monta o mică taxă asupra altei taxă mai mare. Ca urmare, electromagnetism actual prevede o taxă maximă a sferei până la sute de volți și în cazul toate acestea de transfer sau de influență lucru cu 100% randament sau pentru dispozitivul dimensiune mai mare, câteva mii de volți pot apărea ....

 

            Nu aceste previziuni reale se potrivesc cu experimente? Nu cred ......

 

3. absurdități în VDG cu sistem de injecție de încărcare

 

Dacă principiul simplu spatele generatorului VDG cu injecție de încărcare se referă la o simplă de transport de încărcare injectată pe centura, aceeași problemă simplă trebuie rezolvată: Cum este posibil să se percepe sfera la un potențial mai mare decât potențialul de injectare?

 

Sus prezentat considerente sunt valabile și în acest caz, așa că nu este cazul de a le repeta din nou.

 

Suplimentar față de acestea, pentru teoreticieni actuale pot fi realizate un experiment simplu.

 

În loc de pulverizare taxa pe centura, dupa care taxa este din nou colectate de centura si sa mutat pe o sferă, un randament mai mare și un potențial mai mare poate fi realizată în cazul în care sfera este scos din VDG si taxa este pulverizat direct pe sfera ca în fig. 14.

 

Van der Graaff 06

 

Figura 14. Încărcați castrarea și potențial definitivă

 

   

 

Conform interpretării efectivă, în acest caz, sute de milioane de volți pot acumula pe sfera în funcție de mărimea sa și mediul înconjurător. Nimic nu poate opri un flux continuu de încărcare de la injector la sfera ... conform teoriei ortodoxe actuale.

 

Realitatea este mai simplu: În caz de acest experiment simplificate, sfera ajunge la un potențial maxim egal cu potențial de injecție în cazul contactului sau potențial mai scăzut în cazul inducerii.

 

Explicația propusă de VDG, descris în carte, nu se bazează pe mișcarea de încărcare, în măsura în nici sarcini electrice (electroni liberi sau ioni pozitivi) sunt de obicei generate de frecare sau contact.

 

O întreagă clasă de experimente de fizica (triboelectricty, electrostatic, etc) este prevăzut cu un nou, simplu și consecvent explicație.

 

Van de Graaff device and the beginning of an absurd theory of physic

 

The old version of this article was advertised few years ago (2009) and you can still find this article here.

 Background and actual explanation

 Van de Graaff device (VDG) represents a common subject for any low level or advanced physic book. A VDG generator is a device designed to create static electricity and make it available for experimentation. There are two variants of VDG, with or without potential applied on second brush.

Even is a common instrument, the explanation of charge generation does not have a unitary treatment and differs from book to book. For the VDG without supplementary applied potential, as reference, the Berkeley course (vol II - Electricity and Magnetism) is used. For VDG with potential applied on a brush, the book ,,Current, Fields and Particles” by Francis Bitter, John Wiley and Sons, 1960, New York, is used as reference.

In a common VDG device (fig. 1), a belt of silk, or another similar flexible dielectric material, is running over two pulleys, one of which is surrounded by a hollow metal sphere. Small size devices usually have a latex belt which can roll over a felt covered pulley.

Two electrodes in the form of comb-shaped rows of sharp metal points, are positioned respectively near to the pulleys. One electrode is connected to the sphere, and the other to a null point or to another smaller sphere.

Van der Graaff 01

Figure 1 . Common VDG device

The explanation for this VDG device in Berkeley course is so vague and philosophical and has nothing to do with experimental reality.

In other texts the following explanation is provided:

When the motor is turned on, the lower roller (charger) begins turning the belt. Due to the different materials of belt and roller, the lower roller begins to build a negative charge and the belt builds a positive charge. The belt is positively charged and rolling toward the upper roller and upper brush assembly. The electrons in the brush move to the tips of the wires because they are attracted to the positively charged belt. Once the air breaks down, the sphere becomes positively charged. For the VDG generator, the belt is the charged object, delivering a continuous (positive) charge to the sphere.

More elaborated VDG device, use a high potential (positive or negative), of about 15-20 kV, applied on the lower brush as in fig. 2.

Van der Graaff 02

Figure 2. Negative potential VGD device

The actual explanation: if a high potential (15-20 kV) is applied on lower brush, the air around brush becomes ionized and the charge is injected onto the belt, which then carries them up and inside the sphere.

In the internet I have found quite a similar explanation for such modified VDG device as follows:

A simple Van de Graaff generator consists of a belt of silk running over two pulleys, one of which is surrounded by a hollow metal sphere. Two electrodes, E1 and E2, in the form of sharply pointed cones are positioned respectively near to the bottom of the pulley and inside the sphere. E2 is connected to the sphere, and E1 is made 10,000 volts positive with respect to earth.

This high voltage ionises the air at that point, repelling positive charges onto the belt and they are carried up inside the sphere. This positive charge induces a negative charge to the electrode E2 and a positive charge to the sphere (to which E2 is connected). The high potential difference ionises the air inside the sphere and negative charges are repelled on to the belt, discharging it. As a result of Faraday's ice pail effect, positive charge on E2 migrates to the sphere regardless of the sphere's existing voltage. As the belt continues to move round, the sphere charges further positive, until the rate of leakage equals the rate at which charge is induced.

Why the actual explanations are absurd?

It is accepted that Van De Graaff generator works simply on the principle of triboelectricity. When two materials are rubbed or come into contact together, an ,,exchange of electrons” can take place depending on their triboelectric properties. When such a transfer occurs, the material that lost electrons will become positively charged and the one that gained electrons becomes negatively charged.

Triboelectricity is a material characteristic, this means each time when two material are rubbed or come into contact together, one of them will become ,,positive” and another ,,negative”. There are no technical possibilities to change the characteristics of a material and for example a nylon material rubbed over the same Teflon material to become today positively charged and tomorrow negatively charged.

It is a law of nature (and not explained yet !) that each time when  these two materials come into contact, each time the same type of ,,charges” appear  on one material  and opposite ,,charges “ on the other material.

Having this common sense idea in mind let us analyze again fig. 1 with actual explanation for Van der Graaff device (without charge injection).

Let us consider that pulleys are from Teflon and belt is from nylon.

The actual explanation of Van der Graaff device contradicts evidently what is known about triboelectric series and contact or induction electrification.

If the belt becomes positively charged as result of contact between nylon belt and lower teflon pulley, and of course these positive charges are collected on the bigger sphere, it is completely impossible that the same friction between upper teflon pulley and the nylon belt charges the belt with a negative charge. Either triboelectric knowledge either actual explanation for Van der Graaf device is a nonsense.

The van der Graaff comes into contradiction with what is known about electrification by contact or influence too.

There is well known evidence that when an uncharged body makes contact with a charged body, having a charge Q, the charge suffer redistribution over the both bodies. Of course as result of this charge distribution the initial neutral body becomes charged, and the initial charged body, remains charged but having a smaller charge as in fig. 3

Van der Graaff 03

Figure 3. Contact charge transfer

In fig. 6, after contact, both bodies are charged with the same charge if they have the same dimensions and are made from the same material.

If these bodies are charged with the same type of charge, but in different amount (q and Q), when contact is made there is a transfer of charge from the greater to the smaller charged body.

It is a common sense rule, that in case of influence or direct bodies contact, it is impossible to transfer a same type of charge from a body carrying a smaller charge to another body carrying a greater charge (fig 4).

Van der Graaff 04

Figure 4. Impossibility of charge transfer

According to this ,,common sense” phenomena of electrostatic, the sphere of VDG device should arrive in a ,,happy end” case to a maximum charge equal as value with charge produced by friction between two surface. The ,,charges” produced as result of friction depend on the contact surface and material type, but in any case this charge is small, on the order of nano coulombs scale.

            As consequence, after few second of VDG working, the sphere should arrive, admitting a 100% transfer of charge (by induction or contact), to the same charge as the effective charge produced in friction between belt and roller as in fig. 13. 

Van der Graaff 05

Figure 13. Maximum possible charge on sphere

            After that, even the belt continue to rotate, due to equality of charge, no transfer or no induction can take place, because it is impossible to mount a small charge over another greater charge. As consequence, actual electromagnetism foreseen a maximum charge of sphere up to hundreds of Volts and in case all these transfer or influence work with a 100% yields or for bigger size device, few thousands of Volts can appear ….

            Do these actual predictions fit with experiments? I don’t think so......

 

3. Absurdities in VDG with charge injection system

If  the straightforward principle behind the VDG generator with charge injection is  related to a simple transport of charge injected on the belt, the same simple problem  must be solved: How is possible to charge the sphere to a potential greater then injection potential?

The up presented considerations are valid in this case too, so it is not the case to repeat them again.

Supplementary to these, for actual theoreticians a simple experiment can be performed.

Instead of spraying the charge on the belt, and after that the charge is again collected from the belt and moved on a sphere, a greater yield and a higher potential can be achieved if the sphere is removed from VDG and the charge is sprayed directly on the sphere as in fig. 14.

Van der Graaff 06

Figure 14. Charge spaying and final potential

   

According to actual interpretation, in this case,  hundreds of millions Volts can accumulate on the sphere depending on its size and the surrounding medium. Nothing can stop a continuous flow of charge from injector to the sphere … according to actual orthodox theory.

The reality is simpler: In case of this simplified experiment, the sphere arrives to a maximum potential equal with injection potential in case of contact or lower potential in case of induction.

The proposed explanation for VDG, described in the book, is not based on charge movement as far as no electric charges (free electrons or positive ions ) are usually generated by friction or contact.

An entire class of physics experiments (triboelectricty, electrostatic, etc) is provided with a new, simple and consistent explanation. 

© 2017 All Rights Reserved Coșofreț Sorin Cezar

MegaMenu RO


Warning: "continue" targeting switch is equivalent to "break". Did you mean to use "continue 2"? in /home/elkadotc/public_html/plugins/system/helix3/core/classes/Minifier.php on line 227

Please consider supporting our efforts.for establishing a new foundation for exact sciences

Amount