المولد الكهرساكن

مولد كهرساكن

Electrostatic generator - Générateur électrostatique

المولّد الكهرَساكن

	الشكل (1) مولد كهرساكن مخبري يولّد شرارة بين كرتين معدنيتين لدى تدوير القرص

المولّد الكهرساكن electrostatic generator جهاز ميكانيكي يولد تياراً كهربائياً ضعيفاً مستمراً وتوتراً عالياً بوضع شحنات كهربائية ساكنة من إشارتين مختلفتين على جسمين ناقلين مفصولين بعازل. ومثل هذه الأجهزة غالباً ما تستخدم وسائل إيضاح آمنة للقوى الكهربائية وللظواهر المتعلقة بالتوتر العالي؛ لأنها لا تولّد سوى تيارات ضعيفة جداً، (الشكل 1). كما تستخدم فروق الكمون الكبيرة التي يمكن التوصل إليها بوساطة هذه الأجهزة في العديد من التطبيقات (مثل أنابيب الأشعة السينية وتعقيم الأغذية وفي تجارب الفيزياء النووية)، وتستخدم كذلك في صنع مسرّعات الجسيمات[ر] (مثل مسرّع ڤان دوغراف Van de Graaff ومسرع البلترون) ذات التطبيقات المهمة في البحوث الفيزيائية.

يحوّل المولّد الكهرساكن العمل الميكانيكي إلى طاقة كهربائية بوساطة قوى الكهرباء الساكنة[ر] التي تؤثر عبر وسط عازل (غاز أو سائل أو خلاء). ولأن القوى التي يمكن الحصول عليها من دون أن يتصدع الوسط العازل صغيرة نسبياً؛ فإن تطبيقات المولدات الكهرساكنة محدودة؛ لأنه لا يمكن بوساطتها سوى توليد توتر عال مستمر وتيار ذي شدة ضعيفة. ينشأ تيار المولد الكهرساكن I، من انتقال الشحنة الكهربائية Q بوساطة «نقّالة» transporter متحركة، تتلقى هذه الشحنة من قطب ذي كمون منخفض (متصل بالأرض مثلاً)، فتنقلها إلى قطب آخر ذي كمون مرتفع، فيكون التيار (كمية الشحنة المنقولة في واحدة الزمن) مساوياً:

I= dQ/dt

في حين لا يكون التوتر مساوياً:

V=R I

حيث المقاومة الخارجية R محدودة بالعزل بين القطبين، ولذلك يمكن أن تصل إلى قيم عالية جداً؛ إذا كان العازل يسمح بذلك. فالمولّدات الكهرساكنة مناسبة لتوليد توترات عالية (حتى 10 أو 12 مليون ڤولت بالنسبة إلى الأرض). وعلى العكس من ذلك فإن التيار صغير (من 0.1 إلى 50 ميلي أمبير) لأنه محدود تماماً بالشحنة التي تتلقاها النقّالة وبسرعة حركة هذه النقالة.

إذا كان الحقل الكهربائي الأعظمي هو E_m، وكانت سماحية permittivity الوسط العازل المحيط بالنقالة ε كانت الكثافة السطحية العظمى εEm وكان التيار الأعظمي:

I= εE_m(dS/dt)

	الشكل (2) مولّد فان دوغراف الكهرساكن

حيث dS/dt سطح النقالة المشحون أو المفرّغ في واحدة الزمن؛ لذلك ينبغي استخدام وسط عازل ذي حقل أعظمي E_m كبير (مثل غاز مضغوط)؛ وإن أمكن ذي سماحية ε كبيرة أيضاً (مثل سائل قطبي). وعلى الرغم من أن استخدام الخلاء وسطاً عازلاً يتيح التخلص من الاحتكاك؛ فإنه لا يؤدي إلى نتائج جيدة. أما استخدام الهواء عند الضغط الجوي فقد أدى إلى نتائج متوسطة الجودة؛ لأن قيمتي E_m وε للهواء صغيرتان نسبياً. وتتيح زيادة E_m كذلك زيادة التوتر V الذي يولده الجهاز؛ لأن الاستطاعة تتناسب تقريباً مع الجداء εEm².

للمولدات الكهرساكنة أشكال مختلفة جداً تبعاً لنوع النقالة المستخدمة (صلبة أو سائلة أو غازية)، وفي أغلب الأحيان يستخدم عازل. أما النقالة المصنوعة من مادة موصلة فتُقسّم إلى مقاطع عديدة معزول أحدها عن الآخر (لكيلا تقصر دارة القطبين). ويتطلب شحن عازل ما وتفريغه تأيناً موضعياً يحدث بوساطة نهايات مدببة، أو شفرات، (تدعى المؤيّن) يؤثر فيها إلكترود مقابل (يدعى المحرّض). ويقوم مولّد مساعد بتوليد فرق كمون بين 5 -50 كيلوڤولت لعملية الشحن، أما للتفريغ فيكفي وصل المؤين والمحرض كهربائياً أحدهما بالآخر.

تطبيقات المولّد الكهرساكن:

- المولّد ذو السَّير النقالة: هو سَير بغير نهايتين متصل كهربائياً بالأرض ومشدود حول بكرتين معدنيتين كما هو مبين في الشكل (2). يدوّر إحدى البكرتين محرّك، وهي تقوم مقام المحرّض لمؤين أول موصول بمولّد الإثارة، أما البكرة الأخرى فهي قطب التوتر العالي؛ وهي داخل كرة كبيرة معزولة وتتصل بالكرة وبالمؤين الثاني. يعمل الجهاز في وسط هو مزيج من الآزوت وغاز الفحم تحت ضغط بين 15 - 25كغ/سم². ويمكن أن يوفر الجهاز - تبعاً لحجمه - توتراً من 2 - 12 مليون ڤولت وتياراً من رتبة الملي أمبير. وتستخدم الطاقة الناتجة داخل الخزان المضغوط نفسه في أنبوب يسرّع الإلكترونات أو الأيونات (كما في مسرّع ڤان دوغراف)، وتبلغ الأبعاد الخارجية لجهاز يولّد 3 مليون ڤولت نحو 5 م طولاً؛ و2م قطراً.

- المولّد فوق الصوتي: يولّد أنبوب معدني - ضيق في وسطه وعريض عند طرفيه (قطره الداخلي 1-2 مليمتر) موصول بالأرض، ويمرّر فيه هواء مضغوط إلى عدة ضغوط جوية - تيارَ هواء فوق صوتي supersonic (أي سرعته أكبر من سرعة الصوت)، يمر بعد ذلك في أنبوب عازل طوله عدة سنتيمترات ومفتوح على الجو. وتُحدث إبرة توترها عدة كيلوڤولتات موضوعة عند فتحة الأنبوب أيونات لا تلبث أن تتثبت على قطيرات الماء الناتجة من تكثف الرطوبة؛ فتقوم مقام القطب ذي التوتر العالي. يعطي الجهاز بين 30 - 80 كيلوڤولت ونحو 50 ميكروأمبير، ويستهلك 10كغ من الهواء في الساعة. وقد استخدم الجهاز في الدهان بوساطة الكهرباء الساكنة.

بسام المعصراني

الكهرباء الساكنة ـ مسرّع الجسيمات.

- A.D.MOORE and J.M. JCROWLEY, Electrostatics (Laplacian Press 1998).

التصنيف : التقنيات (التكنولوجية)

النوع : تقانة

المجلد: المجلد العشرون

رقم الصفحة ضمن المجلد : 96

آخر أخبار الهيئة :

معجم المصطلحات

الأطلس الجغرافي

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية