Van de Graaff generatorius naudoja triboelektrą – elektros krūvį sukuriant dviem skirtingoms medžiagoms besitrindami, dažnai vadinamą statine elektra, kad sukurtų didelį potencialų skirtumą, kuris gali sukelti aukštos įtampos iškrovą. Mašiną XX amžiaus trečiojo dešimtmečio pradžioje sukūrė daktaras Robertas J. Van de Graaffas, nors prieš tai buvo nemažai įrenginių, veikusių panašiais principais. Van de Graaff generatoriaus „variklyje“ naudojami du iš skirtingų medžiagų – dažniausiai metalo ir plastiko – pagaminti ritinėliai, sujungti guminiu ar kitos izoliacinės medžiagos diržu, vertikaliai tarp jų pakabintu ir varomu varikliu. Metalinės šukos, įžemintos į žemę, yra išdėstytos taip, kad dantys būtų nukreipti į apatinį volelį. Generatoriaus viršuje panašiai išdėstytos kitos metalinės šukos, kurių dantys yra arti viršutinio volelio ir prijungti prie metalinio kupolo.
Jei viršutinis volas yra metalinis, o apatinis – plastikinis, dėl diržo trynimo į plastikinį ritinėlį elektronai bus nuplėšti nuo plastiko ant diržo, todėl ant diržo susikaups neigiamas krūvis, kol volas bus paliktas. teigiamas krūvis. Elektronai iš apatinės šukos pritraukiami prie teigiamai įkrauto volelio ir kai kurie šoks link jo, tačiau jiems neleidžia pasiekti izoliacinis diržas, kuris tada įgyja dar didesnį neigiamą krūvį. Prietaiso viršuje šukose esantys elektronai pasislenka nuo neigiamą krūvį turinčio diržo ir ant metalinio kupolo, kad juos pakeistų elektronai iš diržo. Taigi nuolatinis elektronų perdavimas iš apatinio ritinėlio – per diržą ir viršutinę šuką – į metalinį kupolą, kuris įgyja didelį neigiamą krūvį. Jei ritinėlių padėtis pakeičiama, kupolas įgauna teigiamą krūvį.
Van de Graaff generatoriaus viršaus kupolo forma idealiai tinka tolygiai paskirstyti krūvį ir maksimaliai padidinti potencialą. Dėl aštrių kraštų, taškų ar nelygumų įkrova gali nutekėti į orą. Štai kodėl naudojamos metalinės šukos – dantys leidžia elektronams lengvai nukeliauti į šukas arba iš jos, kad ant kupolo susikauptų didelis krūvis. Generatoriaus prototipas vietoj kupolo naudojo skardinę, tačiau netrukus tai buvo patobulinta.
Van de Graaff generatoriai dažniausiai randami mokyklų ir koledžų fizikos laboratorijose: jie gali generuoti daugiau nei 100,000 XNUMX voltų potencialų skirtumus. Populiari demonstracija reiškia, kad studentams savanoriams plaukai stojasi, kai jie liečia kupolą; plaukeliai įgauna tą patį krūvį ir atstumia vienas kitą. Šio tipo generatorius taip pat gali generuoti gana dideles kibirkštis, kai elektronai šokinėja į netoliese esantį objektą. Nurodant pirštą arti kupolo, tarp kupolo ir piršto galima priversti iššokti iki kelių centimetrų ilgio kibirkštį, o tai gali sukelti lengvą elektros smūgį. Nors šie įrenginiai gali generuoti labai didelę įtampą, srovė yra per maža, kad nekeltų jokios rizikos.
Galima statyti generatorius, kurie gamina daug didesnes įtampas. Didelis Van de Graaff generatorius gali sukurti milijonų voltų potencialų skirtumą. Didžiausias kada nors pastatytas demonstracinis generatorius yra 40 pėdų (12.19 m) aukščio ir gali generuoti 5 milijonų voltų ar daugiau potencialų skirtumus, sukeldamas kelių pėdų ilgio kibirkštis, primenančias žaibą.
Van de Graaff generatoriai taip pat turi rimtų pritaikymų. Kartais jie naudojami generuoti didžiules įtampas, reikalingas dalelių greitintuvams, kurie naudojami pagrindinėms gamtos jėgoms tirti. Vienas Australijos nacionalinio universiteto Van de Graaff generatorius, skirtas šiam tikslui, sukuria 15 milijonų voltų potencialų skirtumą.