FYSIKbasen.dk - Den danske database for pædagogiske undervisningsforsøg til fysiklærere
Forside Nyheder Forsøg Om siden Kontakt English
Gå en side tilbageUdskriv dette forsøgForetag ny søgning

rød pilLyn fra van de Graaff / Nerveimpulser

Forsøg nr.: 19
Formål: At demonstrere lyn i luft.
Resume: En van de Graaff generator lades op, og der trækkes lyn fra højspændingsplatformen.
Nøgleord: Elektriske felter, elektriske potentialer, højspænding, ledningsevne, statisk ladning, spektralanalyse, lys, lyd, tryk.

Beskrivelse:

Med en van de Graaff generator kan man oplade en metalkuppel til meget høje spændinger. Dermed får man også mulighed for at trække store gnister fra højspændingsplatformen. I praksis kan man for eksempel holde en jordet metalgenstand hen imod kuplen, men man kan også bare aflade direkte til sin egen hånd eller arm. Det gør en anelse (men kun en anelse) ondt, men det betragtes umiddelbart ikke som farligt.

Lyn trækkes fra van de Graaff generator
Et lyn trækkes fra van de Graaff generator med jordledning. Alternativt kan man aflede direkte til sin egen arm.

Som tommelfingerregel kan man regne med, at tør luft bryder sammen og ioniserer ved en feltstyrke på cirka 30.000 V pr. cm. Dette afhænger dog meget af luftens fugtighed og af, hvor spids en genstand man bruger til at trække gnisten med.

Billede af lyn fra en van de Graaff generator
Et lyn trækkes fra højspændingsplatformen på en van de Graaff til armen på en forsøgsperson.

Forsøget leder naturligt til en diskussion om lyn og tordenvejr. Torden opstår på grund af lynets kraftige og pludselige opvarmning af luften. Denne opvarmning skaber en voldsom udvidelse af luften og dermed skabelsen af en trykbølge, hvilket vi hører som et brag. Samme effekt hører man - i mindre målestok - når en gnist springer fra generatoren.

Man kan desuden diskutere, hvorvidt højspænding er farligt. Her er pointen naturligvis, at høje spændinger kun er farlige, hvis strømstyrken også er høj.

Forsøget kan dog også bruges til en diskussion om kroppens nervebaner, der jo anvender elektriske impulser til at bevæge arme, ben, hænder og så videre. Som eksempel kan man prøve at lade lynet fra van de Graaffen ramme forskellige steder på armen og hånden. Er man heldig, kan man finde en nervebane, der for eksempel får en finger til at give et lille ryk, når gnisten springer.

Spørgsmål og svar:

Er gnister fra van de Graaff generatorer farlige?

Selv om spændingen fra generatoren er meget høj, så løber der kun en lille strøm, når man aflader den. Derfor afsættes der kun en ganske ubetydelig effekt i en person, der trækker en gnist. Selve gnisten springer til et meget lille kontaktpunkt på personens krop, og denne koncentration af strøm påvirker nerverne, så gnisten føles som et lille smæld på huden. Dette er dog ikke farligt. At strømmen dog ikke er helt ubetydelig, kan man opleve ved, at man kan få kroppens muskler til at trække sig sammen, når de påvirkes af en gnist. På trods af, at generatorene har været anvendt til undervisning i årtier, så er det dog svært at opspore dokumenterede tilfælde af dødsfald eller skader. Tilsvarende kan man nævne, at van de Graaff generatorer formentligt ikke er farligere end de elektriske hegn, man finder på landet ud til offentlige veje. Som udgangspunkt må man sige, at en van de Graaff generator ikke betragtes som decideret farlig, men bare for at være helt sikker, så bør man ikke lade folk, der har fået konstateret svagt hjerte, eksperimentere med en van de Graaff generator.

Hvordan staves van de Graaff?

Det staves netop, som det bruges på disse sider: "van de Graaff". Ikke "der" eller "Graff". Det er muligvis et af de mest fejlstavede navne i naturvidenskaben. Dette skyldes blandt andet et engelsk rockband fra 1960erne og 70erne med navnet "Van Der Graaf Generator".

Hvorfor bliver generatorens kuppel ikke ladet op?

Van de Graaff generatorer kan være meget lunefulde, da spændingen på kuplen for eksempel afhænger af luftens fugtighed samt støv og skidt på selve generatoren. Hvis kuplen ikke lades op, så prøv at rense kuppel, søjler, bånd og båndruller grundigt for skidt. Undersøg også om båndet er blevet ledende, hvilket kan ske efter nogle års brug. I så fald skal båndet udskiftes. Afprøv altid en van de Graaff lige før du skal gennemføre et forsøg!

Udstyr og materialer:

grøn pil Van de Graaff generator

Referencer:

grøn pil"How van de Graaff generators work" (howstuffworks.com).
grøn pilR.J. Van de Graaff, K.T. Compton, and L.C. Van Atta: "The Electrostatic Production of High Voltage for Nuclear Investigations", Phys. Rev. 43, 149 (1933).
grøn pilR.J. Van de Graaff, J.G. Trump, and W.W. Buechner: "Electrostatic generators for the acceleration of charged particles", Rep. Prog. Phys. 11, 1 (1946).
grøn pilP.H. Rose and A.B. Wittkower: "Tandem van de Graaff accelerators", Scientific American 223, 24 (august 1970).
grøn pilA.W. Simon: "Theory of the frictional Van de Graaff electrostatic generator", Am. J. Phys. 43, 1108 (1975).

PIRA DCS: 5A50.30 (Elektricitet og magnetisme: Elektrostatik) Hvad er PIRA DCS?

Opdateret: 07.12.2004