Jelaskan Deskripsi dari Generator Van de Graaff

Generator Van de Graaff yang simpel terdiri dari sabuk karet (atau material yang fleksibel bersifat dielektrik) yang berjalan melewati dua roler dari material yang berbeda, yang satunya terselimuti dengan bola logam yang kosong. Elektroda logam berbentuk sisir (2 dan 7 di diagram), diposisikan dekat tiap rolernya. Bagian sisir atas (2) terhubung ke bola, dan bagian bawahnya (7) ke tanah. Ketika motor digunakan untuk mengendalikan sabuk, dengan efek triboelektrik menyebabkan elektron berpindah dari material yang tak sama dari sabuk dan dua roler tersebut. Dalam contoh yang diberikan, karet sabuk akan berubah muatan menjadi negatif saat gelas akrilik dari roler bagian atas akan menjadi bermuatan positif. Sabuk akan membawa muatan negatif ke bagian dalam permukaan saat bagian atas roler mengakumulasi muatan positif.

Selanjutnya, medan elektrik yang kuat menyelimuti bagian roler atas bermuatan positif (3) menginduksi medan elektrik yang sangat tinggi mendekati sisir terdekat (2). Pada suatu saat dari sisir tersebut, maka medan menjadi kuat untuk mengionisasi molekul udara. Elektron dari molekul udara akan tertarik diluar dari sabuk, pada saat ion positif tertarik ke sisir. Pada sisir yang telah di netralkan dengan elektron dari logam, akan meninggalkan sisir dan bagian luar (1) dengan beberapa elektron dan muatan positif. Hukum Gauss (Seperti diilusstrasikan pada eksperimen ember es Faraday), muatan positif yang berlebih akan diakumulasi pada bagian permukaan luar dari bagian luarnya, menghilangkan medan elektrik. Dilanjutkan untuk mengatur sabuk menyebabkan induksi elektrostatik, dimana akan membangun banyak muatan pada selimut luar. Muatan akan diakumulasi secara kontinyu hingga muatan akan meninggalkan bola (Melalui kebocoran dan pelepasan koronal) yang sama dengan muatan baru yang dibawa menuju bola dengan sabuk tersebut.

Bagian luar terminal bola, medan elektrik yang tinggi dihasilkan dari tegangan tinggi dari bola tersebut, dimana akan mencegah tambahan muatan yang berada diluar. Namun, sejak muatan elektrik mengkonduksi dari konduktor muatan elektrik didalam, muatan bisa ditambahkan secara kontinyu dari dalam tanpa membutuhkan potensi yang penuh dari bagian luar.

Bagian terbesar dari bola dan terdalam dari tanah, semakin tinggi dari potensi tertingginya. Tanda-tanda dari muatan (positif atau negatif) bisa dikontrol dengan menentukan material untuk sabuk dan rolernya. Potensi tertinggi dalam bola bisa dicapai dengan menggunakan submer tegangan untuk memuatkan sabuk secara langsung, daripada mengandalkan hanya pada efek triboelektrik.

Sebuah terminal generator Van de Graaff tidak membutuhkan bentuk bola untuk bekerja, faktanya bentuk yang optimum adalah bola dengan kurva tengah meliputi lubang dimana sabuk dimassuki. Terminal melingkar meminmalisir medan elektrik disekitarnya, membolehkan potensial yang lebih besar untuk mencapai tanpa ionisasi udara, atau gas dielektrik yang menyeliputinya. Sejak generator Van de Graaff bisa memasoki arus kecil hingga hampir ke semua tingkatan potensi elektrik, ini adalah contoh dari sumber arus yang hampir ideal.

Potensi yang maksimal dapat dicapai hampir setaran dengan radius bola R dikalikan dengan medan elektrik Emaks dimana koronal melepaskan medannya dimulai dengan membentuk gas sekitarnya. Untuk temperatur dan tekanan standar udara (STP) maka gangguan listrik diperkirakan . Oleh karena itu, elektroda bola yang telah dipoles dengan diameter 30 cm bisa diharapkan untuk membentuk tegangan Vmaks = R·Emaks hingga pada . Hal ini menjelaskan mengapa generator Van de Graaff sering dibuat dengan diameter sebesar mungkin.