반데그라프(Van de Graaff) 발전기line_orange.gif (190 bytes)



반 데 그라프 박사와 그가 발명한 고전압 발전기

balll.gif (998 bytes)반데그라프 발전기는 원자핵의 연구 및 선 실험을 위한 고전압을 발생시키기 위하여 미국 MIT의 반 데 그라프 박사(Dr. Robert J. Van de Graaff) 가 발명한 장치로서 수백만 볼트의 정전압을 외부에서의 전기공급 없이 간단하게 일으킬 수 있다.

balll.gif (998 bytes)이 장치를 이용하면 높은 전압이 요구되는 번개실험 등을 간단하게 수행할 수 있다.


balll.gif (998 bytes)이 발전기는 정전기를 저장하는 속이 빈 구형 도체껍질과 이 구에 정전기를 공급하는 고무 등의 부도체 재료로 만들어진 벨트, 브러시, 움직이는 벨트와의 마찰에 의해 벨트를 대전시키는 부분 및 벨트를 구동하는 부분으로 구성되어 있다.

반데그라프 발전기의 구형 도체껍질을 높은 전압으로 대전시키는 과정은
다음과 같다.





   


1.그림과 같이 지면으로부터 절연된 구형 도체껍질 내부와 외부에 있는 두 개의 로울러(roller) 에 물려 움직이는 벨트는 접지된 금속제 외부로울러, 또는 전극에 의해 대전된다. 
그림들은 벨트가 대전되는 과정을 보여주고 있으며, 사진은 실제 반데그라프의 벨트 대전장치를 나타내고 있다.

2. 벨트의 대전된 부분은 회전하는 로울러에 의해 구형 도체껍질 내부로 이동하고 벨트에 생긴 전하는 구형 도체껍질 내부에서 브러시를 따라 구형 도체껍질로 전달된다. (아이스페일 효과)

3. 벨트의 전하를 잃은 부분은 계속하여 구형 도체껍질 외부로 이동하고 외부 로울러를 지나면서 다시 대전된다.


4. 단지 로울러를 계속하여 회전시켜 주기만 하면 위의 과정을 되풀이하면서 구형 도체껍질에 저장되는 전하의 양이 증가하고 구형 도체껍질의 전위도 계속하여 증가하게 된다.
 

이 장치의 핵심은 구형 도체껍질 내부에서 벨트가 가지고 있는 전하가 구형 도체껍질로 이동하는 과정으로서 패러데이(M. Faraday)가 발견한 아이스페일 효과(Faraday's Icepail Effect)로서 설명되어진다.




첫번째 사진은 완성된 거대한 반데그라프 발전기를 실험용 건물 안에 설치하고 있는 모습이다.

두번째 사진은 높은 전압으로 대전된 반데그라프 발전기로부터 외부로 방전이 일어나고 있는 것을 보여주고 있다.

마지막 사진은 대전된 반데그라프 발전기에 접촉하고 있는 사람의 머리칼이 전기적인 반발력을 받아 일어서 있는 모습을 보여 준다. 특히 반데그라프 발전기의 반대편으로 머리칼이 많이 뻗치고 있음을 유의하자.

eli_he.gif (532 bytes)문제

반데그라프 발전기에서 고압으로 대전시키는 도체껍질을 각이 지지않은 구형으로 하는 이유는 무엇일까?
, 앞에서 본 사진에서처럼 거대한 반데그라프를 만드는 까닭을 생각해 보자
.

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