Van-de-Graaff-Generator

    Ein Van-de-Graaff-Generator, auch Bandgenerator genannt, ist eine Apparatur zur Erzeugung hoher elektrischer Gleichspannungen.

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Ein umlaufendes Gummiband, im Bild als dunkler senkrechter Streifen erkennbar, trägt positive Ladung, die durch Reibung oder Aufsprühen aus einer externen Spannungsquelle entsteht, in die große Kugel (links im Bild). Die Erhöhung der Spannung bzw. die Energie entsteht durch Ladungstrennung, d. h. aus der mechanischen Arbeit des Entfernens der positiven Ladungen vom negativ geladenen Fuß entgegen deren Anziehungskraft.

Die zweite, kleinere Kugel ist schwenkbar mit dem Fuß verbunden und dient als Gegenpol zur Ermittlung der Schlagweite der Funkenentladung bzw. zur gefahrlosen Entladung der Apparatur. Die Kugelform der Elektroden verhindert den Verlust der Ladungen durch Vorentladungen und Feldemission. Es können Spannungen von mehreren Millionen Volt erzeugt werden. Da der mechanisch erzeugte Ladestrom jedoch vergleichsweise klein ist, wird die erreichbare Spannung durch den Entladestrom über die schwach leitende Luft begrenzt. Daher funktionieren Bandgeneratoren in feuchtem Klima nur sehr schlecht.

Der Bandgenerator ist neben der Influenzmaschine das am häufigsten für physikalische Lehr-Experimente verwendete Gerät zur Hochspannungserzeugung. Der Generator wurde nach dem amerikanischen Physiker Robert Van de Graaff benannt, der ab 1929 Bandgeneratoren entwickelte. Eine Anwendung findet der Van-de-Graaff-Generator im Van-de-Graaff-Beschleuniger.

Funktionsweise

Wenn ein Metallplättchen – im Fall des Van-de-Graff-Generators sind diese im Gummiband eingelassen – einen geladenen Leiter berührt, so wird ein Teil der Ladung des Leiters im Metallplättchen aufgenommen.

Würde das geladene Metallplättchen nun auf die Oberfläche der Hohlkugel gelegt, so würde sich die Ladung gleichmäßig auf das Metallplättchen und die Hohlkugel verteilen. Das Plättchen und die Hohlkugel hätten dann die gleiche Oberflächen-Ladungsdichte.

Das Metallplättchen wird jedoch über das Gummiband in die Hohlkugel geführt. Da sich die elektrische Ladung zur Oberfläche der Hohlkugel bewegt, wird die Ladung vollständig auf die Hohlkugel übertragen. Man kann durch Wiederholung dieses Vorganges im Prinzip beliebig viele Ladungsträger auf die Hohlkugel übertragen.

Erwähnenswertes

Die britische Progressive-Rock-Band Van der Graaf Generator mit dem ehemaligen Physik-Studenten Peter Hammill benannte sich nach diesem Apparat.