Генератор Ван-Дер-Граафа

Генератор Ван-Де-Граафа — это одна из тех девайсин, которые помогут попаданцу запугивать аборигенов высоковольтными электрическими разрядами.

На входе — мускульная сила, на выходе — искусственная молния, вроде все отлично.

Однако, он имеет свои особенности, и именно эти особенности не позволяют его рекомендовать для построения в древности…

Принцип действия генератора Ван-Де-Граафа прост. Мы имеем диэлектрическую ленту, которая вращается между двух роликов. Снизу лента электризуется щетками, а сверху заряд с нее снимают в металлическую сферу. Заряд накапливается на наружной поверхности сферы, что позволяет продолжать снимать электростатику с ленты изнутри шара. В результате — можно накопить разряд примерно в 80 кВ. Эта девайсина была изобретена Ван-Де-Граафом в 1929 году.

Но уже через два года генератор был усовершенствован — он стал не просто снимать заряд с ленты, но на ленту начали подавать высокое напряжение в 50 кВ, что позволило на выходе получить полтора миллиона вольт, что в те времена было необходимо для физических экспериментов. Собственно, с тех пор эти генераторы так и строились — не как генераторы, а как умножители.

Напряжение разряда зависит от длины ленты и от размера сферы. Но и то и другое имеет свои ограничения — в ленте разряд растекается, а со сферы он убегает через коронный разряд. Поэтому не стоит ни строить слишком длинную ленту, ни делать слишком большую сферу.

Как видите, все просто.

Такой генератор можно построить задолго до указанной даты.

Но давайте-ка сравним генератор Ван-Де-Граафа с
электрофорной машиной
. Именно с точки зрения построения в древности.

1. Для Ван-Де-Граафа требуется диэлектрическая лента. В реальности она была резиновой. Можно использовать шелк. Сейчас — еще и различные синтетические ткани, которые электризуются. И чем лучше они электризуются, тем больше будет разряд в генераторе.

Соответственно, если у вас натуральные волокна, то разряд будет копеечный, если вообще будет. Например, я сомневаюсь, что с льняной полосой хоть что-то получится.

Что-то получится с шерстью, но тут — чем более гладкое волокно у шерсти, тем качественнее разряд. В древности шерсть была очень грубой, поэтому результат будет такой себе.

Еще просьба помнить, что если атмосфера влажная (какое-нибудь средиземноморье), то даже с хорошей шерсти вы ничего не получите.

Рекомендую вспомнить о цене и о доступности качественной ткани в древности.

А также о том, что лента из натуральной ткани очень быстро изнашивается — мало того, что она будет быстро растягиваться между двумя роликами, но и постоянное касание со щетками будет ткань лохматить, износ увеличится на порядок. При этом — желательно крутить как можно быстрее, а это убыстряет и износ ткани (подозреваю — ускорят даже нелинейно). Кроме того — такое использование ведет не только к частой замене ткани, а и к регулированию расстояния между роликами, ведь стоит ткани чуть провиснуть, то ролики будут прокручиваться вхолостую (прорезиненные ролики будут недоступны).

Всем, кто пробовал строить самопальные Ван-Де-Граафы стоит вспомнить, что ткань из синтетического волокна будет недоступна, а ролики будут деревянные и проскальзывающие.

2. Как понятно из конструкции, вместо одного вала в электрофорной машине у нас тут будут два, и расстояние между ними придется постоянно контролировать. Соответственно — только это усложняет конструкцию минимум в два раза. Кроме того — помним, что часть ленты, убегающая вверх и часть возвращающаяся заряжены разноименно. Поэтому будут пытаться друг к другу притянуться. Поэтому ролики нужно сделать достаточно большого диаметра. В древности же точность изготовления двух деревянных роликов… ну вы, представляете. Лента на них будет скакать рывками и постоянно проскальзывать. А проскальзывать нельзя — заряд постоянно утекает.

В электрофорной машине же — один вал на два деревянных диска. Главная задача — отбалансировать, это опытный мастер сделает даже ножом. Никаких трущихся элементов из мягких материалов. Только два деревянных диска с металлическими набойками, которые даже не касаются друг друга.

3. Шар-накопитель нужно сделать из металла. И чем больше, тем лучше. Шар полый, необходимо предусмотреть диэлектрический подвес изнутри, а у нас еще конструкция с вращающимся валом внутри сферы.

Изготовление такого элемента в древности гарантированно обещает менингит у кузнецов. Отливать полый шар… Это даже не колокол, для которого можно сделать разъемную литьевую форму! Да и сколько металла пойдет на отливку и сколько он будет стоить? Тут наверняка шар будет собираться из листового металла. При этом главное — сделать внешнюю поверхность как можно более гладкой, чтобы уменьшить коронные разряды, стреляющие из каждого выступа. Поэтому сборка на заклепках также обещает быть интересной, с заливкой свинцом неровностей а-ля шпаклевка.

И помним — масштабируемость плохая, шар желательно сделать побольше, но без фанатизма (в реальности доходило почти до 4-х метров, нам это не светит, нам бы с котелок хотя бы).

4. С накоплением заряда тоже проблема. Утечки очень большие, поэтому ленту останавливать нельзя — пока генератор в рабочем состоянии, она должна крутиться. Про износ ленты не забыли? Если же собрать электрофорную машину, то заряд будет копиться в конденсаторе. Там тоже будут утечки, но куда менее заметные. Даже для технологии древности. И даже если диэлектрик в конденсаторе сделать из керамики (со стеклом в Древнем Египте будет напряг).

И при этом — емкость конденсаторов достаточно легко увеличить, собрав батарею. Можно даже залить батарею маслом и спрятать подальше от глаз.

В Ван-Де-Граафе увеличивать размер шара неэффективно, если вообще даст результат. И конденсатор туда цеплять некуда.

Поэтому Ван-Де-Грааф позволит получать только высокое напряжение, ток там будет копеечный. Разряд же батареи конденсаторов может быть таким, что легко убьет быка, я уже молчу про намагничивание компаса.

Итак, Ван-Де-Грааф как генератор… ну, не зря его изобрели для узкой ниши — усиление напряжения в лабораторных опытах. Больше нигде он не применялся, а если где и нужен был — то электрофорная машина с этим справлялась лучше. И дешевле. Думаете, это случайно?