Когда у меня ещё была жива кошка, я иногда гладил её с пристрастием, после чего прикасался к носу животного - и между ним и пальцем проскакивала искра. Таким образом я хотел научить кошку физике, но получилось как-то не особо эффективно - ЕГЭ она так и не сдала.
Аналогичным образом можно было бы научить физике женщину, снимая с неё шёлковые одежды, только для пущего эффекта прикасаться к ней следовало губами. Чтобы было, как в любовных романах: "Между ними проскочила искра" и "Их обоих пронизало разрядом страсти".
А вообще именно на этом принципе основан ГЕНЕРАТОР ВАН ДЕ ГРААФА, который представляет собой электростатический генератор высокого напряжения. В нём всё очень просто: есть два ролика, между которыми натянута шёлковая лента, и если её интенсивно вращать, происходит электризация, а излишек электричества накапливается на двух металлических шарах, соединённых с роликами и лентой. Поскольку нижний щеточный электрод находится под высоким напряжением, а шкив, который закреплен рядом, выполнен из металла, то в воздушном пространстве между ними создаются положительно заряженные ионы. Они притягиваются к шкиву и налипают на электрическую ленту, которая вращается и поднимает ионы вверх к сфере, также выполняющей роль электрода. Верхние щетки снимают ионы, и отправляют их на металлическую сферу. Благодаря своей форме она накапливает положительно заряженные частицы. Вращающаяся лента постоянно доставляет все новые и новые ионы, пока не создастся их достаточного скопления для повышения потенциала на электроде.
Первое подобное устройство изобрёл американский физик Роберт Ван де Грааф в 1929 году. С его помощью можно было получить разницу потенциалов в 80 000 вольт. Позже появились аналогичные устройства, позволяющие достичь напряжения в 7 000 000 вольт.
(Вы, наверное, уже задались вопросом - а в чём же разница между уже известными изделиями типа ГЕНЕРАТОР РАМСДЕНА или ГЕНЕРАТОР УИМСХЁРСТА, ведь там тоже вращается некий диэлектрик, с которого снимают заряд и передают его на металлические шары. По большому счёту, принципиальной разницы никакой, просто исполнение разное, а результат более внушительный.)
Сегодня в генераторах, созданных по аналогии со всеми перечисленными, вместо стеклянных или пластиковых дисков, а также шёлковых лент, используются цепи, которые состоят из чередующихся металлических и пластиковых звеньев. Но и называются они уже не ГЕНЕРАТОРАМИ ВАН ДЕ ГРААФА, а пеллетронами (от англ. pellet - гранула, шарик), поскольку электрический заряд переносится не диэлектрической лентой-транспортёром, а цепью, состоящей из электропроводящих звеньев - пеллетов.
Каково же их практическое применение? В современном мире - только для демонстрационных целях и экспериментов ради, когда нужно показать, как обычные вещи при умелом обращении с ними способы вызвать разряды колоссальной мощности, имитируя молнии.
А сам Ван де Грааф, на самом деле, создавал своё изделие для ускорения заряженных частиц в ядерных исследованиях.
Роберт Джемисон Ван де Грааф (20 декабря 1901 - 16 января 1967) американский физик, изобретатель.
Родился в Таскалусе, штат Алабама, в семье профессора права. Закончил среднюю школу Таскалусы, будучи перспективным спортсменом - игроком в американский футбол. Однако на последнем году обучения получил серьёзную травму, сломав бедро и повредив спину, поэтому долгое время обучался на дому, всё свободное время изучая книги про всякие двигатели.
В возрасте 17 лет он поступил в Алабамский университет, передвигаясь на костылях. А когда выздоровел, всё равно продолжил тренировки и играл в университетской команде. Хотя уже тогда понял, что спорт - это не его, а вот наука - совсем другое.
Роберт вступил в инженерное студенческое братство "Тета Тау" и продолжил изучать двигатели. Но магистерская диссертация его была посвящена другой теме - разработке усовершенствованной системы добычи железной руды с низким содержанием металла, в которой руда перемещалась по конвейерной ленте, а ферромагнитные компоненты извлекались с помощью сильного магнитного поля, создаваемого острым металлическим наконечником.
После вуза он работал ассистентом исследователя в энергетической компании Алабамы, где заметил, что гидрогенераторы могут работать с гораздо большими зазорами в магнитных контурах, чем он предполагал. Это наблюдение впоследствии легло в основу его изобретения - трансформатора с изолированным сердечником. Но случилось это лишь в конце 50-х.
Как это заведено на Западе, вскоре после окончания университета Ван де Грааф поехал в Европу, набраться знаний. Там он слушал лекции Марии Кюри, о том, как она фиксировала частицы СЧЁТЧИКОМ ГЕЙГЕРА, и понял, что электростатическое высокое напряжение может ускорить частицы, преодолев ядерный потенциальный барьер, и направить их в ядро.
Как перспективному учёному ему дали стипендию Родса, чтобы он мог продолжить обучение в Королевском колледже Оксфордского университета. Там он тоже отличился в спорте, а в итоге получил вторую степень бакалавра по физике и степень доктора наук по философии. А самое главное - имел возможность беседовать с умнейшими людьми того времени - например, Робертом Оппенгеймером.
Вернувшись в США, Ван де Грааф стал национальным научным сотрудником Принстонского университета и занялся разработкой источника тока высокого напряжения. Свой первый генератор он собрал «жестяной банки, шелковой ленты и небольшого мотора», но даже в таком виде устройство позволяло получить напряжение до 80 кВ.
В дальнейшем он построил более крупную демонстрационную модель, потравив на неё астрономическую сумму в 100 долларов, выделенных университетом. К ноябрю 1931 года устройство вырабатывало более 1,5 миллиона вольт. Это так понравилось другим физикам, что те тоже начали работы в данном направлении. И в 1933 году создали генератор на 4 мегавольта.
В 1931 году Ван де Граафа пригласили в Массачусетский технологический институт, где предложили создать генератор гораздо большего размера с воздушной изоляцией. В ходе первого полномасштабного испытания новое устройство выдало искру длиной 12 метров. Его использовали в ядерных экспериментах.
Став доцентом кафедры физики Массачусетского технологического института, Ван де Грааф получил патент на свой электростатический генератор. И продолжил его усовершенствование. Кроме того, он разрабатывал идеи для высоковольтной передачи электроэнергии постоянного тока. Эти работы вызвали интерес у Администрации долины Теннесси, которая в 1933 году рассматривала возможность выделить Массачусетскому технологическому институту 250 000 долларов на разработку этой технологии. Однако проект провалился из-за технических сложностей и политических разногласий по поводу условий патентования.
Как показали дальнейшие годы, патенты Ван де Граафа неоднократно привлекали внимание промышленных компаний, но не приносили коммерческой выгоды. Крупные фирмы требовали исключительных прав, чтобы оправдать свои инвестиции, но в соответствии с патентной политикой Массачусетского технологического института 1932 года лицензирование рассматривалось как общественное достояние, поэтому университет не спешил предоставлять лицензии.
Во время Второй мировой войны ГЕНЕРАТОРЫ ВАН ДЕ ГРААФА использовались в науке и производстве. Например, с ними работал Энрико Ферми в рамках Манхэттенского проекта. Сам же учёный вызвался работать на благо военных и был назначен директором проекта по разработке высоковольтного рентгенографического оборудования в Массачусетском технологическом институте. Он руководил разработкой высоковольтного рентгеновского оборудования для промышленной и военной радиографии, в том числе для исследования тяжелых боеприпасов для ВМС США.
Это был период очень серьёзных нагрузок, который сильно подорвал здоровье Ван де Граафа. Ситуация усугубилась ещё и тем, что во время операции его заразили гепатитом, а потом он серьезно пострадал в автокатастрофе и снова сломал ноги. В итоге оставшуюся часть жизни учёный по большей части проводил в кровати.
Но даже в таком состоянии он продолжил творить, и оставался «духовным и научным лидером» созданной им компании High Voltage Engineering Corporation (HVEC), которая заняла лидирующие позиции в производстве электростатических ускорителей для терапии рака и промышленной радиографии.
В конце 1950-х годов Ван де Грааф изобрел трансформатор с изолированным сердечником, который способен генерировать постоянный ток высокого напряжения с помощью магнитного потока, а не электростатической зарядной ленты. А в 1957 году подал заявку на патент на однофазный импульсный трансформатор, который был выдан в 1965 году.
P.S. Помните, как там у Стругацких, в романе "Понедельник начинается в субботу"
"Я отомкнул дверь центрального зала, и, стоя на пороге, полюбовался, как работает гигантский дистиллятор Детского Смеха, похожий чем-то на генератор Ван де Граафа. Только в отличие от генератора он работал совершенно бесшумно и около него хорошо пахло. По инструкции я должен был повернуть два больших белых рубильника на пульте, чтобы погасло золотое сияние в зале, чтобы стало темно, холодно и неподвижно, — короче говоря, инструкция требовала, чтобы я обесточил данное производственное помещение. Но я даже колебаться не стал, попятился в коридор и запер за собой дверь. Обесточивать что бы то ни было в лабораториях Федора Симеоновича представлялось мне просто кощунством."
Источник - https://strugacki.ru/book_26/1120.html