Van de Graaff -generaattori käyttää tribosähköä-sähkövarauksen luomista kahden eri materiaalin hieroen yhteen, jota usein kutsutaan staattiseksi sähköksi-luomaan suuren potentiaalieron, joka voi aiheuttaa suurjännitepurkauksen. Kone on kehittänyt tohtori Robert J. Van de Graaff 1930 -luvun alussa, vaikka sitä edelsi useita laitteita, jotka toimivat samanlaisilla periaatteilla. Van de Graaff -generaattorin “moottorissa” käytetään kahta eri materiaalista – yleensä metallista ja muovista – valmistettua telaa, jotka on yhdistetty kumista tai muusta eristävästä materiaalista valmistetulla vyöllä, ripustettu pystysuoraan niiden väliin ja jota moottori käyttää. Maahan maadoitettu metallikampa on sijoitettu hampaat alempaa telaa kohti. Generaattorin yläosassa on toinen metallikampa, joka on sijoitettu samalla tavalla, hampaat lähellä ylätelaa ja yhdistetty metallikupoliin.
Jos ylempi rulla on metallia ja alempi rulla muovia, hihnan hankaus muovitelaa vasten aiheuttaa elektronien irrottamisen muovista hihnalle niin, että negatiivinen varaus kerääntyy hihnaan, kun telaa ei käytetä positiivinen varaus. Alemman kampauksen elektronit vetävät positiivisesti varautuneen rullan puoleen ja jotkut hyppäävät sitä kohti, mutta eristyshihna estää niitä pääsemästä siihen, mikä saa vielä suuremman negatiivisen varauksen. Laitteen yläosassa kamman elektronit siirtyvät pois negatiivisesti varautuneesta hihnasta metallikupoliin, joka korvataan hihnan elektroneilla. Siten elektronit siirtyvät jatkuvasti alatelalta – hihnan ja ylemmän kampauksen kautta – metallikupoliin, joka saa suuren negatiivisen varauksen. Jos telojen asennot käännetään, kupoli saa positiivisen varauksen.
Van de Graaff -generaattorin yläosan kupolin muoto on ihanteellinen tasaisen varauksen jakautumiseen ja potentiaalin maksimointiin. Terävät reunat, kärjet tai epätasaisuudet voivat aiheuttaa varauksen vuotamisen ilmaan. Tästä syystä käytetään metallikampaa-hampaiden ansiosta elektronit voivat kulkea helposti kammalle tai siitä pois, jolloin kupoli muodostuu suuresta varauksesta. Prototyyppigeneraattori käytti tinapurkkia kupolin sijaan, mutta tätä parannettiin pian.
Van de Graaff -generaattoreita löytyy yleisesti koulujen ja korkeakoulujen fysiikan laboratorioista: ne voivat tuottaa yli 100,000 XNUMX voltin mahdollisia eroja. Suosittuun mielenosoitukseen kuuluu vapaaehtoisten opiskelijoiden hiusten seisominen, kun ne koskettavat kupolia; karvat saavat saman varauksen ja torjuvat toisiaan. Tämäntyyppinen generaattori voi myös tuottaa melko huomattavia kipinöitä, kun elektronit hyppäävät lähellä olevaan kohteeseen. Osoittamalla sormi kupolin lähelle, jopa usean tuuman pituinen kipinä voidaan hypätä kupolin ja sormen väliin, mikä johtaa lievään sähköiskuun. Vaikka nämä laitteet voivat tuottaa erittäin suuria jännitteitä, virta on liian pieni aiheuttamaan riskiä.
On mahdollista rakentaa generaattoreita, jotka tuottavat paljon suurempia jännitteitä. Suuri Van de Graaff -generaattori voi tuottaa miljoonien volttien potentiaalieroja. Suurin koskaan rakennettu esittelygeneraattori on 40 metriä korkea ja voi tuottaa 12.19 miljoonan voltin tai suurempia mahdollisia eroja, mikä tuottaa usean metrin pituisia salamoita muistuttavia kipinöitä.
Van de Graaff -generaattoreilla on myös vakavia sovelluksia. Niitä käytetään joskus tuottamaan valtavia jännitteitä, joita tarvitaan hiukkaskiihdyttimiin, joita käytetään luonnon perusvoimien tutkimiseen. Yksi Australian kansallisen yliopiston tätä tarkoitusta varten käyttämä Van de Graaff -generaattori tuottaa 15 miljoonan voltin potentiaalieron.