손으로 돌리는 방식의 반데그라프 (Hand Crank Van de Graaff)

손으로 돌리는 방식의 반데그라프(Hand Crank Van de Graaff)를 만들어 보았다. 반데그라프는 전하가 금속의 겉면으로 퍼지는 현상인 아이스페일 효과를 이용하여 정전기를 모으는 장치이다. 

이것은 이전에 만들었던 DC 모터 발전기를 개조하는 방식으로 만들었다.

손으로 돌리는 방식의 반데그라프의 전체 모습이다. 나무를 잘라서 몸체를 만든 다음, CD의 가장자리에 8개의 구멍을 뚫고 나사를 박았다. 안쪽의 CD는 하드디스크에서 떼어낸 스핀들 모터를 이용해서 회전축을 만들어서 고정했다.

반데그라프 몸체는 투명한 플라스틱 병을 사용하였고, 아래쪽의 롤러는 레이저 프린터에서 빼낸 철심과 그 철심을 둘러싸고 있던 스펀지 같은 것으로 만들어 주었는데, 겉 부분은 PVC 절연테이프로 감쌌다.

벨트 부분과 크랭크와 연결된 도르래 부분이다. 벨트는 PVC 절연테이프로 하였는데 끈적이는 부분을 바깥으로 가도록 해서 제작했다. 접지측 브러시는 뻣뻣한 전선에 가느다란 전선의 심선 몇 가닥을 이어붙이는 방법으로 만들었다.

내부가 습하면 정전기가 잘 생기지 않으므로 실리카겔을 하나 넣어 주었다. 

도르래 부분의 고무줄과 플라스틱이 정전기를 일으켜서 반데그라프의 성능이 저하되는것이 발견되어 아래쪽의 철심은 접지단자에 연결했더니 성능이 약간 나아지는것이 관찰되었다.

CD 중간부분의 나사와 하드디스크 스핀들 모터 부분이다. 하드디스크 스핀들 모터로 축을 구성했더니 별 다른 어려움 없이 손으로 돌리는 부분을 만들 수 있었다. 이 부분도 정전기가 생길 수 있어서 나사들을 모두 접지단자에 연결했다.

깡통은 위쪽을 따내기만 하면 된다. 하지만 깡통따개 등으로 따면 겉 부분에 뾰족한 부분이 생겨서 코로나방전으로 전하가 빠져나가므로 성능저하의 한 원인이 된다. 가급적이면 겉에 뾰족한 부분이 생기지 않도록 해서 따내는 것이 좋다. 

위쪽의 브러시 부분이다. 처음에는 아래쪽 브러시와 같은 방식으로 만들었는데, 레이저프린터에서 전기가 통하는 브러시를 획득하게 되어서 전기가 통하는 브러시로 바꿔 보았으나, 성능은 이전과 별 차이가 없는 것 같다. 

접지단자는 나무에 나사못을 박아서 만들었다. 전선을 고정하는 효과도 있다. 

사실 고전압에서는 나무도 완벽한 절연체가 아니어서 누설전류가 조금씩 흐르므로 나무 부분을 손으로 잡고 있다면 접지선을 따로 접지단자에 연결하지 않아도 정전기가 모이는 것을 볼 수 있었다. 

하지만 확실히 접지를 시켜주는것이 성능을 좋게 하는 방법이다. 

손잡이 부분도 하드디스크에서 떼어낸 부속을 활용했다. 자유롭게 회전하는 부분이라서 손잡이로는 안성맞춤이었다. 

아래의 영상은 제작한 반데그라프를 테스트 하는 동영상이다.

http://youtu.be/VLPGnDJyPSg

제작한 반데그라프를 이용해서 휴지 세우기, 프랭클린 벨, 물줄기 끌기 실험을 시도해 보니 잘 된다. 

하지만 날씨가 좀 더 건조해진다면 은박접시 날리기 등도 가능할 것 같다. 

아래의 동영상은 처음 제작했던 DC 모터를 이용한 발전기 동영상이다.

http://youtu.be/QGcJafDgqzQ

잉크젯프린터에서 빼낸 DC모터를 이용했는데, 손으로 회전을 시키니 불이 켜지는 것을 볼 수 있다. 

이번에 제작한 반데그라프는 주변에서 구할 수 있는 폐품을 사용해서 제작비용은 거의 들지 않았다. 고전압 실험용이나 정전기 실험 시, 정전기 공급원으로 사용할 수 있다. 

아래의 링크는 이 페이지에 등장한 반데그라프의 성능을 개선한 장치의 사진과 동영상을 볼 수 있는 포스트의 링크이다. 

http://thomson.tistory.com/943