Merhaba arkadaşlar bu yazımızda van de graaff jeneratörü, van de graaff jeneratörü nasıl çalışır, elektrostatik çökelti ve xerografiyi sizlere anlatıyorum. Yüklü bir iletken, içi boş (oyuklu) bir iletkene içeriden temas edecek şekilde konulduğunda birinci iletkenin bütün yükü boş iletkene aktarılır. İlke olarak, içi boşluk olan iletkendeki yük ve bu yükün elektriksel potansiyeli, böyle bir işlem tekrarlanarak sınırsız bir şekilde artırılabilir.
1929 yılında Robert J. Van de Graaff, (1901-1967) bu prensibi kullanarak elektrostatik jeneratörü (üreteci) tasarladı ve hayata geçirdi. Bu tür jeneratörler nükleer fizik araştırmalarında yoğun bir şekilde kullanılır.
Van de Graaff Jeneratörü Nasıl Çalışır
Van de Graaff jeneratörünün ana fikri yandaki şekilde tanıtılmıştır. Yalıtkan bir maddeden yapılan hareketli bir kayış üzerindeki yüksek voltaj elektroduna sürekli olarak yük verilir. Yüksek voltaj elektrodu, yalıtkan bir destek sütun üzerine monte edilen içi boş olan bir iletken küredir. Kayış, topraklanmış bir kafes ve tarak şekilli metalik parça arasında korona deşarjı yolu ile yüklenir. Tarak veya fırça şekilli metalik parçalar kayışı yaklaşık olarak 104 V’luk pozitif bir potansiyelde tutarlar. Hareketli kayış üzerindeki bu pozitif yük, B’deki ikinci metalik tarak vasıtasıyla yüksek voltaj elektroduna aktarılır. İçi boş olan iletken içinde elektrik alan ihmal edilebilir olduğundan kayış üzerindeki pozitif yük, potansiyeline bakılmaksızın kolayca yüksek voltaj elektroduna aktarılır. Pratikte, hava ortamına elektriksel boşalma oluncaya kadar, yüksek voltaj elektrodunun potansiyelini yükseltmek mümkündür. Hava içinde “boşalım” elektrik alanı yaklaşık 3 x 106 Vm’ya 1 m yarıçapındaki kürenin en fazla 3 x 106’ V’luk potansiyele kadar yükseltilebilir. Bu potansiyel, sistemin tamamı yüksek basınçlı bir gaz ile doldurulmuş kap içine konarak ve içi boş iletkenin yarıçapını büyüterek daha da yüksek değerlere çıkartılabilir.
Van de Graaff üreteçleri, 20 milyon volta kadar potansiyel farkı üretebilirler. Böyle bir potansiyel farkına kadar hızlandırılan protonlarla yeterli miktarda enerji alarak, protonlarla çeşitli hedef çekirdekleri arasında nükleer reaksiyonları başlatırlar. Daha küçük jeneratörler ekseriya fen laboratuvarlarında ve müzelerde görülebilir. Yerden yalıtılmış durumda olan bir kişi, Van de Graff jeneratörünün küresine dokunursa, vücudu da jeneratördeki yüksek elektriksel potansiyele erişir. Saçları da net pozitif yükle yüklenir ve saç telleri birbirini iterek diken diken olur. Kişi yerden yalıtılmış olması kaydı ile, küredeki (µC mertebesinde) toplam yük oldukça küçük olduğundan küreyi elleriyle tutan kişi emniyettedir. Eğer bu miktardaki yük, kazara küreye dokunan kişi üzerinden yere akarsa, bu miktardaki akım hiç bir zarar vermez.
Elektrostatik Çökeltici
Gazlardaki elektriksel boşalımın önemli bir uygulaması da elektrostatik çökeltici denilen aygıtlardır. Bu aygıtlar, yanıcı gazlardan bazı belirli maddeleri ayırmakta kullanılır. Bu suretle hava kirliliği azaltılır. Bunlar, fazla miktarda duman üreten endüstriyel fabrikalarda ve bilhassa kömür yakılarak elektrik üreten santrallerde çok yararlıdır. Şu anda kullanılan sistemler, duman içinde bulunan toz küllerin ağırlıkça %99’dan daha fazlasını süzebilmektedir.
Yandaki görselde elektrostatik çökelticiyi şematik olarak göstermektedir. Yüksek voltaj (40 kV dan 100 kV’a kadar), borunun (kanalın) merkezinden aşağı doğru inen çıplak bir telle, topraklanmış dış duvar arasına uygulanır. Tel duvara göre negatif potansiyelde tutulur, böylece elektrik alan tele doğru yönelir. Telin etrafındaki elektrik alan yeterince yüksek bir değere ulaşırsa telin çevresinde bir korona elektrik boşalması meydana gelir ve pozitif iyonlar, elektronlar ve 02 gibi negatif iyonlar oluşur. Elektronlar ve negatif iyonlar, düzgün olmayan elektrik alan tarafından kanalın dış duvarına doğru hızlanırken, akan gaz içindeki kirli parçacıklar, çarpışmalarla ya da iyon yakalamak suretiyle yüklenirler. Yüklü kirli parçacıkların çoğu negatif olduğundan, bunların çoğu elektrik alan tarafından dış duvara doğru çekilirler. Periyodik olarak kanalın sarsılması sonucu bazı parçacıklar aşağı düşer ve altta toplanır.
Elektrostatik çökeltici, atmosferdeki belirli maddelerin miktarını azaltması yanında, altta toplanan metal oksit yapıdaki değerli maddelerin yeniden elde edilmesini de sağlar.
Xerografi
Xerografinin temel fikri Chester Carlson tarafından geliştirilerek 1940 yılında xerografi gelişiminin patenti alınmıştır. Bu gelişimi eşsiz kılan, görüntü oluşturmak üzere bir foto-iletken madde kullanılmasıdır. (Foto-iletken, karanlıkta zayıf bir iletkendir, fakat üzerine ışık düşürüldüğünde iyi bir elektriksel iletken olan maddedir.)
Xerografik süreç şekilde a ile d arasında gösterilmiştir. Önce bir silindir veya plakanın yüzeyi karanlıkta ince film halindeki foto-iletken madde ile (genellikle selenyum veya selenyum birleşikleri) kaplanır ve bu foto-iletken yüzeye pozitif elektrostatik yük verilir. Sonra kopya edilecek sayfanın görüntüsü bir mercek vasıtasıyla yük verilmiş yüzey üzerine (aydınlatılma) düşürülür. Foto-iletken yüzey, sadece ışığın çarptığı alanda iletken olur. Bu alanlarda, ışık, fotoiletken yüzey üzerinde yüklü taşıyıcılar oluşturur. Bu yüklü taşıyıcılar da pozitif yüklü fotoiletken yüzeyi nötürleştirir. Fakat ışığın düşmediği veya ışıkla aydınlatılamayan karanlık alanlardaki foto-iletken üzerinde daima yükler kalır. Pozitif yüzey yükü biçiminde dağılan bu kalan yükler, geride cismin gizli bir görüntüsünü bırakırlar.
Bundan sonra, foto-iletken yüzey üzerine toner denilen negatif yüklü toz kaplanır. Bu yüklü toz sadece pozitif yüklü görüntü içeren yüzey bölgesine yapışır. Bu durumda görüntü, görünür hale gelir. Daha sonra toner (bu görüntü) pozitif yüklü beyaz bir tabaka kağıdın yüzeyine aktarılır.
Son olarak beyaz kağıt tabaka üzerindeki toner maddesi, kağıt yüzeyine uygulanan ısıl işlemle “sabit” (kalıcı) hale getirilir. Bu süreç, orjinalin kalıcı bir kopyası ile sonuçlanır.
Fotoiletkeni aydınlatmada bir mercek yerine bilgisayardan yönlendirilen lazer hüzmesinin kullanılması hariç, bir lazer yazıcısı aynı ilke ile çalışmaktadır.