السلام عليكم
منذ فترة وأنا أحاول صناعة مولد فانديغراف ولكنني لم أحصل على تصميم دقيق وبسيط الأدوات حتى الآن , ولكن عندي نموذج أولي بسيط يحتاج إلى التطوير والتعديل فقررت أن أطرحه في هذا المنتدى لعل الأخوة يساعدون في الوصول إلى نموذج نهائي معدل وسهل الصنع من أدوات متوفرة في المنزل .
ما هو مولد فانديغراف :
مولد فانديغراف هو جهاز كهربائي استاتيكي أي يقوم بتوليد كهرباء استاتيكية ساكنة ( كهرباء الفولتية العالية ) حيث يتراوح فرق الجهد الذي ينتجه المولد بين عدة آلاف من الفولت ويصل إلى عدة ملايين من الفولت في المولدات الضخمة , وذلك بشدة تيار منخفضة جداً لا تتجاوز العدة ملي أمبيرات وهذا هو المهم والمميز لجميع مولدات الكهرباء الاستاتيكية , شدة التيار المنخفضة .
المواد المطلوبة :
1- وعائين مجورين من الستانليس ستيل ( سلطانية ) بقطر حوالي 30 سم وارتفاع 15 سم لكل منهما , وأحدهما مثقوب من وسطه ( قاعه ) بدائرة قطرها حوالي 10 سم ليتم إدخال وتثبيت عمود الدعامة بها .
2- عمود الدعامة المصنوع من مادة أل PVC طوله حوالي المتر الواحد وبقطر مناسب لإدخاله بفتحة الوعاء ( حسب حجم الجهاز المراد صنعه ) .
3- قشاط ( حزام ) من المطاط بطول حوالي المترين وعرض 2-3 سم , ثم يتم وصل طرفيه معاً بمادة لاصقة قوية للحصول على قشاط دائري الشكل , ويجب أن لا يكون القشاط قابل للمط ( التمدد ) كم قد يفهم من اسمه , بل مصنوع من مادة المطاط .
4- بكرتين مناسبتين لإدارة القشاط المطاطي إحداهما من البلاستيك والأخرى من الخشب أو الألومنيوم .
5- موتور كهربائي لإدارة إحدى البكرتين التي بدورها تدير القشاط , ويمكن استخدام موتور مكنسة كهربائية قديمة حيث يمكن التحكم بسرعة دوران الموتور .
6- قطعتين من النحاس ( فرشاتين ) بطول حوالي 5 سم ولهما أسنان مدبدبة ( كأسنان المشط ) , كما في الشكل:
7- صندوق من الخشب أو المعدن ليكون قاعدة للجهاز وبه فتحة دائرية مناسبة لأدخال عمود الدعامة وتثبيتها بها , ويمكن وضع الموتور الكهربائي فيه .
8- وأخيراً بعض البراغي ومفك للتثبيت .
خطوات العمل:
1- أحضر الوعائين المعدنيين ( الطاستين ) ثم قم بتثبيتهما معاً بوصلة معدنية من أحد الأطراف ووصلة قابلة للفتح والإغلاق من الطرف الآخر في حال حدث خلل ما , كما في الشكل :
2- الآن سنثبت البكرتين والقشاط داخل الأنبوبة الداعمة , أولاَ قم بتركيب القشاط على البكرة العلوية وهي المصنوعة من الخشب أو الألومنيوم واتركه فالتاً من الأسفل ثم ثبت البكرة العلوية أعلى الأنبوب الداعم بواسطة البراغي , وبعد ذلك ثبت القشاط بالبكرة السفلية المصنوعة من البلاستيك وثبت بعد ذلك البكرة الأخيرة أسفل الأنبوب بعد التأكد من أن الحزام مشدود بإحكام ولن يفلت عند الدوران , كما في الشكل :
http://chem3.jeeran.com/VDG3.JPG3- الآن وقبل تثبيت الأنبوب الداعم سنحدد كيف سيتصل الموتور الكهربائي بالبكرة السفلية التي سيديرها , وهناك طريقتان لذلك أو أكثر :
الأولى تتم بوصل البكرة مباشرة إلى الموتور بواسطة قضيب معدني كما في الشكل :
http://chem3.jeeran.com/VDG4.JPGوالثانية بوصل البكرة السفلية والموتور الكهربائي معاً بواسطة بكرتين وقشاط آخر كما في الشكل :
http://chem3.jeeran.com/VDG5.JPG4- والخطوة الأخيرة هي تجميع القطع معاً ليصبح المولد جاهزاً للعمل , أولاً قم بإدخال العمود الداعم المركب عليه البكرتان والقشاط داخل الصندوق القاعدة بحيث تكون البكرة السفلية البلاستيكية , وقم بوصلها بالمحرك الكهربائي ( الموتور ) وقم بتثبيت العمود بواسطة براغي ومفك في الصندوق ثم قم بتثبيت قطعة النحاس ذات الأسنان المذبذبة ( المشط ) قرب البكرة السفلية بحيث تكون قريبة قدر الأمكان من القشاط المطاطي ولكن لا تلامسه واحرص على أن لا تكون قريبة جداً بحيث تؤدي إلى قطع القشاط أثناء دورانه , ثم قم بتأريض قطعة النحاس هذه ( في بعض المولدات يتم وصل هذه القطعة بطاسة أخرى مثل العلوية لتشكل القطب الآخر للمولد ولكن من الأسهل وصلها بسلك التأريض – الإرث ) ( أنظر الشكل ) انتهينا الآن من الجزء السفلي وجاء دور الجزء العلوي .
قم بإدخال الوعاء ( الطاسة ) الذي بقاعه فتحة داخل العمود الداعم ( عمود أل PVC ) وثبته بواسطة البراغي بحيث تكون البكرة العلوية والقشاط ظاهران داخل الوعاء ثم بواسطة برغي قم بتثبيت قطعة النحاس الأخرى ( المشط ) على السطح الداخلي للوعاء وبحيث تكون ملامسة ومتصلة مع الوعاء وقريبة قدر الإمكان ولكن غير ملامسة للبكرة العلوية والقشاط الذي عليها ( أنظر الشكل ) . والآن انتهينا من تركيب الجهاز قم بإغلاق الطاسة ( القبة ) وتثبيتها بالوعاء الآخر ببرغي أو ما شابه لتصبح كرة فلزية دائرية الشكل . والشكل التالي يوضح ذلك :
http://chem3.jeeran.com/VDG6.JPGوالآن أصبح المولد جاهزاً للعمل .
بس استنا شوي ! لسا هذا نموذج أولي يمكن أن يحتوي على أخطاء , والآن ننتظر آراء الخبراء للتصحيح والتدقيق .
كيف يعمل مولد فانديغراف :
عندما تدير المحرك في مولد فانديغراف فإنه بدوره يدير البكرة السفلية التي بدورها تدير القشاط المطاطي والبكرة العلوية , وأثناء دوران القشاط المطاطي تفقد البكرة السفلية المصنوعة من البلاستيك بعض الإلكترونات نتيجة الإحتكاك مع القشاط المطاطي ( لذلك اخترنا بكرة من البلاستيك وليس الأمر عشوائياً ) , مما يؤدي إلى شحن البكرة البلاستيكية بشحنة موجبة , والآن هذه البكرة المشحونة بشحنة موجبة تؤثر بالحث ( دون اللمس ) على قطعة النحاس الموصولة بالأرض ولأن المسافة بينهما ليست كبيرة جداً يؤدي ذلك إلى تأين الهواء بين أطراف قطعة النحاس المدبدبة والبكرة أي يصبح الهواء بحالة البلازما , فتتجه الإلكترونات نحو البكرة الموجبة الشحنة ولكنها لا تصل إليها فهناك القشاط المطاطي المتحرك يفصل بينهما لذلك تلتصق الإلكترونات بالقشاط ويأخذها معه إلى أعلى , أما الأيونات الموجبة من دقائق الهواء تتجه نحو قطعة النحاس المأرضة , فتأخذ منها الألكترونات اللازمة للعودة إلى حالة التعادل الكهربائي ( ويؤدي ذلك إلى توهج الهواء ) , وبنفس الوقت تكون أيونات أخرى قد تكونت ودقائق هواء جديدة تأينت وتتتابع العملية وبما أن قطعة النحاس موصولة مع مصدر إلكترونات هائل ( الأرض ) فليس هنا مشكلة في نفاذ الإلكترونات من قطعة النحاس .
والآن دعونا نصعد إلى أعلى حيث البكرة العلوية فالقشاط المطاطي كما قلنا يحمل الإلكترونات معه إلى أعلى أثناء دورانه , ولكن البكرة العلوية يجب أن تكون مصنوعة من مادة محايدة كهربائياً لا تحمل شحنه كهربائية أو مادة تنشحن بشحنة كهربائية سالبة عند احتكاكها بالمطاط , فعندما تصل الإلكترونات إلى أعلى تتنافر مع البكرة ( إذا كانت مشحونة سلبياً ) أو إذا كانت محايدة , ففي جميع الأحوال لا تجد الإلكترونات منفذاً إلى عبر قطعة النحاس الموصولة مع القبة المعدنية , مسببتاً تأين الهواء مجدداً تتجه الإلكترونات نحو قطعة النحاس العلوية ثم تنتشر وتتوزع على سطح القبة , وتتوجه أيونات الهواء الموجبه نحو القشاط المطاطي حيث تستعيد الكتروناتها وتعود للتعادل مطلقتاً فوتونات تسبب توهج الهواء , وهكذا تستمر العملية وتستمر الشحنات بالنمو على القبة مسببتاً فرقاً في الجهد قدره عدة آلاف أو حتى مئات الآلاف من الفولت . والشكل التالي يوضح ذلك :-
http://chem3.jeeran.com/VDG7.JPGملاحظات :
1- يمكن بدلاً من وضع بكرتين مختلفتين ومناسبتين كهربائياً لنوع القشاط المستخدم , يمكن استبدالهما ببكرتين من المعدن الموصل ,الألومنيوم مثلاً ووصلهما مع مصدر جهد مستمر عالي الفولتية بحيث توصل البكرة السفلى بالقطب الموجب للمصدر لكي تقوم بجذب الإلكترونات نحوها من قطعة النحاس المأرضة والبكرة العلوية بالقطب السالب للمصدر حتى تتنافر معها الإلكترونات وتندفع نحو رؤوس القطعة النحاسية ثم إلى القبة , وهذه الطريقة فعالة عندما يكون الجو رطباً حيث أن المولد المذكور في الشرح أعلاه لا يعمل بكفاءة في الأيام الرطبة .
2- قد يصعب على البعض الحصول على المحرك ( الموتور ) المناسب أو كيفية توصيله مع البكرة , إلا أنه يمكن الاستغناء عن المحرك الكهربائي واستبداله بأداه ميكانيكية يدوية لإدارة البكرة ولكن أيضاً هذه الطريقة تحتاج إلى جهد ومسننات ( نواقل حركة ) لتضخيم السرعة الأولية إلى سرعة مناسبة للمولد .
3- ليست جميع مولدات فانديغراف تكون شحنة القبة بها سالبة فقد تكون موجبة الشحنة , وذلك بعكس مواقع البكرتين العلوية والسفلية , فتسير الإلكترونات في الاتجاه المعاكس تماماً لما هو مشروح أعلاه .
4- إن هذا المولد جهاز كهربائي خطير ولا ينصح لمن ليس له خبرة بالكهرباء أن يجرب صنعه واستخدامه لوحده , لذا أنتظر من الأخوة إدخال التعديلات على النموذج الأولي هذا حتى نتكلم بعد ذلك عن احتياطات الأمان الواجب مراعاتها عند التعامل مع هذا الجهاز بعدما نكون قد تمكنا من تصميم مولد فانديغراف فعال .
أسئلة :
أكيد معظمكم فكر أنو أنا خبير بهالمواضيع وما شاء الله علي فهمان كل شئ , ولكن الحقيقة عكس ذلك تماماً فأنا طالب علم وقد يكون كثير مما أسلفته خاطئاً أوغير دقيق , وأنا صراحة لم أجرب بناء المولد لوحدي بعد , ولكن عندي بعض الأسئلة أرجو أن يتم الإجابة عليها :
1- من أين نحصل على القشاط المطاطي , وهل يمكن استخدام مادة أخرى غير المطاط للقشاط , وما هي أنواع البكرات المناسبة لها ؟
2- من أين أحصل على عمود الدعامة المصنوع من مادة أل PVC وهل الأنابيب البلاستيكية التي نستخدمها لإمدادات المياه بقطر خمسة إنشات مصنوعة من مادة أل PVC أم من البلاستيك ؟ وهل من الضروري أن يكون عمود الدعامة من مادة أل PVC , ولماذا ؟
3- هل الوعائين المستخدمين في القبة يجب أن يكونا من الستانليس ستيل أم يمكن استخدام مادة أخرى لذلك ( على فكرة أنا أول مرة بشوف واحد بقول بمعطيات تجربة إنو الوعائين يجب أن يكونا من الستانليس ستيل ثم في آخر الموضوع يسأل هل يجب أن يكونا من السانليس ستيل
'> شو هالهبل هاد
) لا تواخذونا شباب والله هيك قريت في أحد المواضيع , ستانليس ستيل . أنا داري ليش
'>
4- هل اختيار البكرات والمواد المصنوعة منها كان موفقاً في التجربة أعلاه , أعني من حيث الخصائص الكهربائية لمادة البكرة والشحنة التي تحملها كل بكرة عند الاحتكاك بالقشاط المطاطي , أم هنالك مواد أفضل مما ذكر في الشرح ؟
5- من أين يمكن أن أحصل على محول كهربائي يحول التيار المنزلي المتردد 220 فولت إلى مستمر عالي الفولتية , وهل المحول الذي يكون داخل النيون يقوم بذلك ؟
عقدتها , لا
وأخيراً وليس آخراً أرجو من ذوي الخبرة المشاركة بآرائهم البناءة في الموضوع .
هذا كله والله أعلم
والسلام عليكم ورحمة الله تعالى وبركاته
