logo

logo

logo

logo

logo

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 Em، وكانت سماحية permittivity الوسط العازل المحيط بالنقالة ε كانت الكثافة السطحية العظمى εEm وكان التيار الأعظمي:

I= εEm(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 Em 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 Em وε للهواء صغيرتان نسبياً. وتتيح زيادة Em 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

الموضوعات ذات الصلة:

الكهرباء الساكنة ـ مسرّع الجسيمات.

مراجع للاستزادة:

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




التصنيف : التقنيات (التكنولوجية)
النوع : تقانة
المجلد: المجلد العشرون
رقم الصفحة ضمن المجلد : 96
مستقل

آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

هل تعلم ؟؟

للحصول على اخبار الموسوعة

عدد الزوار حاليا : 1
الكل : 7852220
اليوم : 437

السلاوي (أحمد بن خالد-)

السلاّوي (أحمد بن خالد ـ) (1250ـ1315هـ/1835ـ1897م)   أبو العباس أحمد بن خالد بن حماد بن محمد، الشهير بابن ناصر الورعي. وينتهي نسبه إلى عبد الله ابن جعفر بن أبي طالب زوج زينب شقيقة الحسن والحسين. ويعرف بالسلاّوي نسبة إلى سلا، المدينة التي ولد فيها بالمغرب الأقصى.     السلاوي مؤرّخ، فقيه، مفسّر، ناقد، أديب وشاعر.

المزيد »