इलेक्ट्रोस्टैटिक जनरेटर - उपकरण, संचालन और अनुप्रयोग का सिद्धांत
बिजली का आवेश - वह घटना जब समान परिमाण के दो विपरीत आवेश रद्द हो जाते हैं। यदि विपरीत विद्युत आवेश वाले दो पिंड एक-दूसरे से निकट दूरी पर हों, तो उनके बीच एक चिंगारी उछलती है और एक छोटी पॉपिंग ध्वनि सुनाई देती है।
एक विद्युत आवेशित पिंड की दूसरे पर क्रिया का बल, जिसका आवेश एक इकाई के रूप में लिया जाता है, को क्षमता कहा जाता है। संभावित अंतर वोल्टेज है।
पाने के पहले तरीके विद्युत शुल्क और इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्रों में विभिन्न सामग्रियों (फर, ऊन, रेशम, चमड़े और कांच, राल के खिलाफ अन्य सामग्री) का घर्षण होता है। रबड़ वगैरह।)। उसी समय, वोल्टेज और चार्ज बहुत कम थे। यांत्रिक हस्तांतरण द्वारा आवेशों के प्रेरण और संचय ने परिणामी वोल्टेज में थोड़ी वृद्धि संभव की।
इसके बाद, उच्च वोल्टेज प्राप्त करने के लिए, इलेक्ट्रोस्टैटिक मार्गदर्शन (प्रेरण) के सिद्धांत के आधार पर घूर्णन डिस्क वाली लगातार ऑपरेटिंग मशीनें बनाई गईं।हालांकि, इन मशीनों ने उच्च शक्ति प्राप्त करना संभव नहीं बनाया और मुख्य रूप से शिक्षण संस्थानों के भौतिकी कार्यालयों में उपकरणों के रूप में आवेदन पाया।
निकायों का विद्युतीकरण और इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रेरण
विद्युत आवेशों के निकाय को संदेश कहा जाता है विद्युतीकरण… लेख में वर्णित है निकायों का विद्युतीकरण और आवेशों की परस्पर क्रिया सकारात्मक और नकारात्मक आयनों के निर्माण की प्रक्रिया निकायों के विद्युतीकरण की प्रक्रिया का एक विचार देती है: इसमें एक शरीर से दूसरे शरीर में इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण होता है।
इस प्रकार शरीर का विद्युत आवेश शरीर में अधिकता या कमी से निर्धारित होता है। इलेक्ट्रॉनों... किसी पिंड को विभिन्न तरीकों से विद्युतीकृत करना संभव है, जिनमें से घर्षण, संपर्क, दिशा, आवेश का स्थानांतरण तकनीकी हैं।
रिवर्स प्रक्रिया - शरीर की तटस्थ स्थिति (बेअसर) की बहाली - इसमें इलेक्ट्रॉनों की लापता संख्या देने या उनमें से अधिक को हटाने में शामिल है।
घर्षण द्वारा विद्युतीकरण के दौरान, यदि किसी भी संपर्क निकाय को बाहर से कोई अतिरिक्त शुल्क नहीं भेजा जाता है, तो दोनों निकायों को अलग-अलग संकेतों की समान मात्रा में बिजली से चार्ज किया जाता है। जब निकाय जुड़े होते हैं, तो उनके आवेश पूरी तरह से निष्प्रभावी हो जाते हैं।
इस प्रकार, आवेशों का निर्माण या विनाश नहीं होता है, बल्कि केवल एक निकाय से दूसरे में स्थानांतरित होता है। यह हमें विद्युत आवेशों के संरक्षण के नियम के अस्तित्व के बारे में आश्वस्त करता है, उदाहरण के लिए ऊर्जा संरक्षण का नियम.
स्थैतिक बिजली — स्थिर अवस्था में विद्युत आवेश। दो गैर-चालकों या एक गैर-चालक और धातु (जैसे मोटर ड्राइव बेल्ट) के बीच घर्षण के परिणामस्वरूप होता है, लेकिन जरूरी नहीं कि ठोस पिंड हों।
कुछ तरल पदार्थों या गैसों के घर्षण से स्थैतिक बिजली भी उत्पन्न हो सकती है। बहुत शुष्क त्वचा वाले लोग विद्युत आवेश जमा करते हैं। आंदोलन के दौरान (त्वचा पर तंतुओं को रगड़ना), कपड़े में एक महत्वपूर्ण स्थैतिक विद्युत आवेश होता है, कपड़ा शरीर से चिपक जाता है और गति को रोकता है।
ज्वलनशील और विस्फोटक वातावरण में स्थैतिक बिजली खतरनाक हो जाती है जहां एक चिंगारी पूरे द्रव्यमान को प्रज्वलित कर सकती है। इस मामले में, कुछ धातु उपकरण के माध्यम से स्थैतिक आवेश को तुरंत जमीन या हवा में छोड़ना आवश्यक है, जिसकी चालकता को आर्द्रीकरण या विकिरण द्वारा बढ़ाया जा सकता है।
इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रेरण - तार के पास स्थित अन्य आवेशों के प्रभाव में तार पर विद्युत आवेशों की उपस्थिति (दूरी पर निकाय विद्युतीकरण)।
बाहरी चार्ज की कार्रवाई के तहत, कंडक्टर के निकटतम छोर पर एक चार्ज प्रेरित होता है (उत्पन्न होता है), जिसका चिन्ह बाहर से चार्ज किए गए चार्ज के संकेत के विपरीत होता है, और कंडक्टर के दूर के अंत में, एक एक ही चिन्ह का प्रभार। इस मामले में, दोनों आगमनात्मक शुल्क परिमाण में समान हैं, अर्थात, प्रेरण केवल तार पर आवेशों के पृथक्करण का कारण बनता है, लेकिन तार पर कुल आवेश में परिवर्तन नहीं करता है (क्योंकि प्रेरित आवेशों का योग शून्य है)।
प्रेरित आवेशों का परिमाण और उनका स्थान इस शर्त से निर्धारित होता है कि कंडक्टर के अंदर कोई इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र नहीं होना चाहिए। इसलिए, प्रेरित आवेशों को तैनात किया जाता है ताकि वे जो विद्युत क्षेत्र बनाते हैं वह आगमनात्मक आवेश द्वारा निर्मित तार के अंदर के क्षेत्र को नष्ट कर दे।
इलेक्ट्रोस्टैटिक इंडक्शन का एक उदाहरण: एक अपरिवर्तित इलेक्ट्रोस्कोप में सकारात्मक और नकारात्मक दोनों विद्युत आवेश समान मात्रा में होते हैं और इसलिए इलेक्ट्रोस्कोप विद्युतीकृत नहीं होता है।
यदि एक धनात्मक आवेश वाली कांच की छड़ उसके पास आती है, तो मुक्त इलेक्ट्रॉन एक साथ उसकी ओर आकर्षित होंगे और विद्युतदर्शी का धनात्मक आवेश एक साथ पीछे हट जाएगा।
ऋणात्मक आवेश कांच की छड़ के करीब केंद्रित होता है, इससे जुड़ा होता है, जबकि धनात्मक आवेश को हटा दिया जाता है और इसलिए यह इलेक्ट्रोस्कोप के पीछे की ओर स्थित होता है - यह मुक्त होता है।
इलेक्ट्रोस्कोप अब विद्युतीकृत है। हालांकि, यह राज्य लंबे समय तक चलने वाला नहीं है। यह कांच की छड़ को हटाने के लायक है, क्योंकि चार्ज को सकारात्मक और नकारात्मक में अलग करने से उल्लंघन होता है, इलेक्ट्रोस्कोप की तटस्थ स्थिति बहाल हो जाती है और इसकी पत्तियां अपनी मूल स्थिति में लौट आती हैं।
विद्युतदर्शी - एक उपकरण जिसके साथ यह निर्धारित करना संभव है कि शरीर किस आवेश से विद्युतीकृत है। इसमें एक धातु की छड़ होती है जिसके शीर्ष सिरे पर एक गेंद या प्लेट होती है और नीचे दो मुक्त लटकी हुई धातु की चादरें होती हैं। इलेक्ट्रोस्कोप का संचालन सिद्धांत पर आधारित है: एक ही नाम के पिंड एक दूसरे को पीछे हटाते हैं (देखें - इलेक्ट्रोस्कोप के संचालन का सिद्धांत).
इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रेरण के कारणों में से एक है प्रकृति में बिजली, — वायुमंडलीय स्थैतिक बिजली का सबसे शक्तिशाली और खतरनाक अभिव्यक्ति।
बिजली चमकना यह बादल के अलग-अलग हिस्सों, अलग-अलग बादलों, बादल और पृथ्वी के बीच, पृथ्वी से बादल तक वायुमंडलीय बिजली का निर्वहन है। दूसरे शब्दों में, बिजली को कम अवधि के विद्युत प्रवाह के रूप में परिभाषित किया जा सकता है, एक विद्युत चिंगारी जो विद्युत क्षमता के बराबर होती है।
गरज और बिजली के बारे में 35 अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
वैन डी ग्राफ इलेक्ट्रोस्टैटिक जनरेटर
वैज्ञानिक और तकनीकी उद्देश्यों के लिए (उदाहरण के लिए, परमाणु भौतिकी, रेडियोबायोलॉजी, एक्स-रे थेरेपी, सामग्री परीक्षण, दोष का पता लगाने आदि में), कई मिलियन वोल्ट के वोल्टेज उत्पन्न करने वाले उपकरणों की आवश्यकता होती है।
ऐसे उपकरण उच्च प्रत्यक्ष वोल्टेज वाले तकनीकी रूप से उन्नत इलेक्ट्रोस्टैटिक जनरेटर हैं। उनमें से सबसे प्रसिद्ध वैन डे ग्राफ जनरेटर है, जिसे 1829 में एक अमेरिकी भौतिक विज्ञानी ने बनाया था रॉबर्ट वैन डी ग्रेफ (1901 - 1967).
वैन डी ग्राफ जनरेटर (1933) 7 मेगावोल्ट के वोल्टेज के साथ
जनरेटर एक धातु की खोखली गेंद है जो इन्सुलेट सामग्री के एक लंबे खोखले स्तंभ पर लगाई जाती है। गेंद के आयाम और स्तंभ की ऊंचाई जनरेटर के आवश्यक वोल्टेज की सीमा से निर्धारित होती है (उदाहरण के लिए, 5 एमवी के वोल्टेज वाले जनरेटर के लिए, गेंद का व्यास 5 मीटर तक पहुंचता है)। इन्सुलेट सामग्री (रेशम, रबड़) का एक अंतहीन बेल्ट कॉलम के अंदर चलता है, जो क्षेत्र में शुल्क स्थानांतरित करने के लिए एक कन्वेयर के रूप में कार्य करता है।
जैसे ही आप ऊपर जाते हैं, पट्टी डिवाइस के निचले भाग में स्रोत के एक ध्रुव से जुड़े ब्रश के पीछे चलती है एकदिश धारा लगभग 10,000 V का वोल्टेज (एक उपयुक्त रेक्टिफायर इस स्रोत के रूप में काम कर सकता है। अपने पहले इलेक्ट्रोस्टैटिक जनरेटर को डिजाइन करने में, वैन डे ग्राफ ने डिवाइस का इस्तेमाल किया एक वैक्यूम ट्यूब के साथ.
वैन डी ग्राफ इलेक्ट्रोस्टैटिक जनरेटर डिवाइस
इस ब्रश की युक्तियों से, आवेश नीचे की ओर बेल्ट में प्रवाहित होते हैं, जो उन्हें गेंद के अंदर ले जाता है, और दूसरे ब्रश के माध्यम से वे गेंद की बाहरी सतह पर जाते हैं।टेप के अनावेशित भाग को नीचे ले जाने की प्रक्रिया को बेहतर बनाने के लिए, आवेशित गेंद से हटाए गए ब्रश की सहायता से, विपरीत चिन्ह के आवेशों को स्थानांतरित किया जाता है।
इलेक्ट्रोस्टैटिक इंडक्शन के कारण, ब्रश पर एक नकारात्मक चार्ज दिखाई देता है, जो डिस्चार्ज द्वारा बेल्ट के अवरोही हिस्से में ले जाया जाता है। इस चार्ज को फिर ब्रश और ग्राउंडेड लोअर रोलर में स्थानांतरित किया जाता है, जिसके माध्यम से इसे जमीन पर उतारा जाता है।
जैसे-जैसे टेप आगे बढ़ना जारी रखता है, गेंद पर आवेश तब तक बढ़ता जाता है जब तक कि वह गेंद के व्यास द्वारा निर्धारित एक पूर्व निर्धारित दहलीज मूल्य तक नहीं पहुँच जाता है और इससे दूसरे इलेक्ट्रोड या जमीन की दूरी तय हो जाती है।
जैसे-जैसे टेप आगे बढ़ना जारी रखता है, गेंद पर आवेश तब तक बढ़ता जाता है जब तक कि वह गेंद के व्यास द्वारा निर्धारित एक पूर्व निर्धारित दहलीज मूल्य तक नहीं पहुँच जाता है और इससे दूसरे इलेक्ट्रोड या जमीन की दूरी तय हो जाती है।
वोल्टेज बढ़ाने के लिए, दो ऐसे उपकरण स्थापित किए जाते हैं जिनमें गेंदों को विपरीत संकेतों के आवेश प्राप्त होते हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, 10 एमवी का वोल्टेज प्राप्त करने के लिए, दो जनरेटर का उपयोग किया जाता है, जमीन के संबंध में +5 एमवी और -5 एमवी तक चार्ज किया जाता है और एक दूसरे से इतनी दूरी पर स्थापित किया जाता है कि कम वोल्टेज पर टूटने की संभावना की तुलना में बंद कर दिया गया है।
वर्तमान में, इलेक्ट्रोस्टैटिक जनरेटर के विभिन्न मॉडलों की एक बड़ी संख्या है, जिनमें वेन डे ग्रैफ डिज़ाइन को दोहराते हैं। उनका उपयोग भौतिक प्रयोगों और मनोरंजन और क्रिया प्रदर्शनों के आकर्षण के रूप में किया जाता है। स्थैतिक बिजली.
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