Генератор Ван де Граафа
Стилизованный электростатический генератор переносит заряд с помощью ленты на купол, смоделированный как конденсатор с ёмкостью C, пропорциональной радиусу (упрощённая модель уединённой сферы). Напряжение V = Q/C растёт до тех пор, пока пользовательский порог не сымитирует пробой воздуха; кратковременная искра частично разряжает купол с последующей задержкой, чтобы избежать быстрого повторного срабатывания.
Для кого: Учащиеся старших классов и студенты начальных курсов, изучающие электростатику; дополняет визуализатор поля Кулона и игрушку «плазменный шар».
Ключевые понятия
- электростатическая индукция
- пробивное поле
- ёмкость
- Ван де Грааф
- искра
Графики
Как это работает
Резиновый ремень, приводимый роликами, переносит заряд к металлическому куполу. Заряд накапливается на куполе (моделируется как конденсатор, ёмкость которого растёт с радиусом), пока электрическое поле не станет достаточным для **пробоя воздуха** — тогда стилизованная искра перескакивает на заземлённый электрод, и купол частично разряжается.
Основные формулы
Часто задаваемые вопросы
- Напряжение указано в киловольтах?
- Нет: на графике используется относительная модель с регулируемым порогом пробоя. Реальные генераторы Ван де Граафа могут достигать мегавольт; всегда соблюдайте правила техники безопасности при работе с высоким напряжением.
- Почему увеличение радиуса купола снижает напряжение при том же заряде?
- При использованном здесь простом соотношении C ∝ R большая ёмкость означает меньшее напряжение для того же накопленного заряда. Это соответствует качественному представлению о том, что большие проводники «удерживают» заряд при меньшей напряжённости поля на поверхности для того же заряда.
Ещё из «Электричество и магнетизм»
Другие симуляторы в этой категории — или все 42.
Kirchhoff's Laws (KCL & KVL)
3-node DC: junction divider + optional R∥V; hints, KCL/KVL, solved currents.
Плоская ЭМ волна (вакуум)
E ⊥ B ⊥ k: синусоидальные поля sin(kz−ωt), вектор Пойнтинга направлен вдоль z; ω = ck (c = 1).
Двигатель и генератор постоянного тока
Катушка в поле B: двигатель V = IR + kω, генератор E = kω на нагрузку — один коэффициент k, два режима.
Градиентный B-дрейф
B_z(x,y) со слабым градиентом; орбита из q(E+v×B) в локальном B — вращение + дрейф.
Магнитная пробка (магнитное зеркало)
Осевой B(z) пинч; адиабатический инвариант μ, v∥ из −μ ∂B/∂z — схема поясов Ван Аллена / магнитного зеркала.
Диаграмма направленности диполя
Усреднённая по времени мощность ∝ sin² θ в плоскости, содержащей ось диполя (схематичное изображение дальней зоны).