A Wimshurst generátor vagy elektroforos gép egy indukciós elektrosztatikus eszköz, amelyet folyamatos elektromos energiaforrásként terveztek. A 21. században segédtechnikaként használják különféle elektromos hatásokkal és jelenségekkel kapcsolatos fizikai kísérletek bemutatására.
Tartalom
Egy kicsit a találmány történetéből
1865-ben a németországi kísérleti fizikus, August Tepler kidolgozta az elektroforikus gép végső rajzait. Ugyanakkor Wilhelm Holz német tudós tette a második független felfedezést egy ilyen egységről. Az eszköz fő különbsége az volt, hogy nagyobb teljesítményt és potenciálkülönbséget tudott elérni. Holtzot az egyenáram-forrás megalkotójának tartják.
Az elektroforikus gép egyszerű kezdeti kialakítását 1883-ban az angol James Wimshurst fejlesztette tovább.Módosítását minden fizikai laboratóriumban használják a kísérletek vizuális bemutatására.
Az elektroforos gép kialakítása
2 koaxiális lemez forog egymás ellen, miközben a legegyszerűbb alumínium szektorokból származó kondenzátorokat szállítja. Véletlenszerű folyamatok következtében az elsődleges pillanatban az egyik szegmens helyén töltés képződik. A jelenséget a levegővel szembeni súrlódási folyamat okozza. A kialakítás szimmetriája miatt lehetetlen előre megjósolni a végső jelet.
A kialakítás 2 Leyden tégelyt használ. Sorosan kapcsolt kondenzátorokból egyetlen rendszert hoznak létre. Ennek az a hatása, hogy az egyes tartályokban megkétszereződik az üzemi feszültségigény. Ugyanazokat a névleges értékeket kell kiválasztani, ez a kulcs az üzemi feszültség egyenletes eloszlásához.
Az induktív semlegesítőket a feszültség csökkentésére tervezték. Az egész szerkezet egy fémfésűre hasonlít, amely bizonyos távolságban a korong felett lebeg. A töltéseltávolítási ponthoz mindkét lemez egyenértékű külső felülettel rendelkezik. A semlegesítők párosítva vannak. A kirakodás után a szegmensek töltése jelentősen csökken. További kiviteleknél az ecset könnyen érintkezik a tárcsa szélével.
A kezelő az elektromos hajtás erejével vagy saját kezével erőszakosan összehozza a rendszer taszító elemeit. Az egymással kölcsönhatásban lévő töltetek a lehető legmesszebbmenőkig igyekeznek leülepedni. A folyamat minden eltávolítási ponton hozzájárul a felületi töltéssűrűség meredek növekedéséhez.
Az áramot leideni tégelyekbe gyűjtik a semlegesítők tetejéről. Gyorsan növekszik a feszültség.A 2 elektródához rögzített szikraköz segít elkerülni a rendszer meghibásodását. A köztük lévő távolság beállításával különböző erősségű ívet lehet elérni. Van összefüggés: minél erősebb a térerősség a 2 szikraköz között, annál zajosabb hatás kíséri a Leideni tégelyek ürítésének folyamatát.
A szegmensek üresek maradnak a tölteteltávolítási ponton túl. A folyásirányban a potenciálkiegyenlítők vagy semlegesítők a működési elv szerint vannak felszerelve. A lemez minden ellentétes oldala már más-más kefét adott. A felvételi ponton való áthaladás pillanatában és utána a maradék töltés jelei eltérőek.
Egy vastag rézhuzaldarab, a legvékonyabb huzalok alacsony magasságban lebegő keféivel vagy dörzsölő szegmensekkel hozzájárul ezeknek az ellentéteknek a bezárásához. Az eredmény - mindkét szegmens töltése nulla, az összes energia a Joule-Lenz törvény szerint hővé alakul, amely a megvastagodott rézmagon keletkezik.
Melyek Leiden bankjai
Az első elektromos kondenzátor, amelyet Pieter van Muschenbroek holland tudósok alkottak meg, egy Leyden-edény volt. A feltalált kondenzátor henger alakú, széles vagy közepes nyakkal, különböző átmérőkkel. A Leyden tégely üvegből készült. Kívül-belül speciális lappal ragasztják át. A terméket fából készült fedél borítja. A találmány fő feladata a nagy töltetek felhalmozása és tárolása.
Egy ilyen bank létrehozását az elektromosság, az eloszlás általános sebességének, valamint a különféle anyagok elektromos vezetőképességi tulajdonságainak széles körű tanulmányozása ösztönözte. Neki köszönhetően először sikerült mesterségesen elektromos szikrát előállítani.Manapság a Leiden kannákat csak az elektroforos gépek szerves részeként használják.
Mi az elektrofor gép működési elve?
A kezelő erejéből energiát vesznek fel a jelek megváltoztatására. Már a hangszínszabályzók és a kefék között kölcsönös taszítással mozognak egymás felé a korongok. A percenkénti fordulatszám játszik szerepet. Megnövekedett töltéssűrűség. A szemben lévő korongok legerősebb töltése a maradékokat a rézhuzal hosszában nyomja át. Ebből következik a jel megváltoztatásához elegendő energia.
A felületi sűrűség növelésével a töltés eltávolítható a készülékből. Egyetlen ponton a Leiden-partban képződnek energiatartalékok, egy másik helyen a táblaváltás szolgál. Az indukciós semlegesítőknek gyakorlatilag nincs különbsége. Mindkettő közös funkciója az energia semlegesítése. Általános séma:
- A kialakításban 2 típusú kondenzátor található: Leiden bankok, ahol a töltés felhalmozódik, és mindkét lemez egy szegmensének kombinációja dielektrikummal és alumínium béléssel.
- Kétféle semlegesítő létezik, amelyek csökkentik az alumínium szegmensek töltését. Az első az előjel vagy a polarizáció megváltoztatására szolgál, a második a Leyden-edény töltésére szolgál.
Nem minden energia származik az alumínium és a réz súrlódásából vagy a levegő villamosításából. Úgy jön létre, hogy a kondenzátorokat a tárcsa torziós erejével erőszakosan feltöltik. Minden folyamat az eltávolítási pontokon a felületi töltéssűrűség meredek növekedése miatt megy végbe.
Elektrofor gép alkalmazása
A 70-es évekből. a Wimshurst gépet nem használják elektromos energia közvetlen előállítására.Ma történelmi kiállításként működik, amely bemutatja a tudományos és technológiai haladás és a mérnöki tudomány megjelenésének és fejlődésének történetét. Laboratóriumi bemutató, amelyhez elektroforikus gépet készítenek, az elektromosság különféle jelenségeit, hatásait mutatja be.
Elfogadható az indukciós semlegesítők használata, amelyek eltávolítják a töltéseket a folyékony dielektrikumokból, például az olajból. Veszélyes minden gyártás során szikra kerülni a levegőbe, katasztrofális következményekkel járhat, füstöt és akár robbanást is okozhat.
Az elektromosság területén végzett felfedezések és kutatások története szorosan összefügg a különféle szerkezetek és eszközök elektromos töltések előállítására való felhasználásával. A tudományos kutatásban betöltötte szerepét az elektrofor gép, melynek működése az elektromosság indukcióból eredő gerjesztésén alapul.
Hasonló cikkek:
