Generatorul Wimshurst sau mașina cu electrofor este un dispozitiv electrostatic de inducție conceput ca o sursă continuă de energie electrică. În secolul 21, este folosit ca tehnică auxiliară pentru demonstrarea experimentelor fizice legate de diferite efecte și fenomene electrice.
Conţinut
Un pic din istoria invenției
În 1865, fizicianul experimental din Germania, August Tepler, a dezvoltat desenele finale ale mașinii electrofor. În același timp, a doua descoperire independentă a unei astfel de unități a fost făcută de omul de știință german Wilhelm Holz. Principala diferență a dispozitivului a fost capacitatea de a obține o putere mai mare și diferență de potențial. Holtz este considerat creatorul unei surse de curent electric continuu.
Designul inițial simplu al mașinii cu electrofor a fost îmbunătățit în 1883 de James Wimshurst din Anglia.Modificarea sa este utilizată în toate laboratoarele fizice pentru o demonstrație vizuală a experimentelor.
Proiectarea mașinii de electrofor
2 discuri coaxiale se rotesc unul împotriva celuilalt, transportând în același timp cei mai simpli condensatori din sectoarele de aluminiu. Datorită proceselor aleatorii, în momentul primar, pe locul unuia dintre segmente se formează o sarcină. Fenomenul este cauzat de procesul de frecare cu aerul. Datorită simetriei designului, este imposibil să preziceți semnul final în avans.
Designul folosește 2 borcane Leyden. Ei creează un singur sistem din condensatori conectați în serie. Acest lucru are ca efect dublarea cerințelor de tensiune de funcționare în fiecare rezervor. Este necesar să selectați aceleași evaluări, aceasta este cheia pentru o distribuție uniformă a tensiunii de funcționare.
Neutralizatorii inductivi sunt proiectați pentru a elibera tensiunea. Întreaga structură seamănă cu un pieptene de metal care plutește la o anumită distanță deasupra discului. Ambele discuri cu semne echivalente ale suprafeței exterioare ajung la punctul de îndepărtare a sarcinii. Neutralizatorii sunt împerecheați. După descărcare, încărcarea segmentelor este mult redusă. În modelele suplimentare, peria intră cu ușurință în contact cu marginea discului.
Operatorul, folosind puterea acționării electrice sau a propriei mâini, aduce forțat elementele respingătoare ale sistemului împreună. Acuzațiile care interacționează între ele încearcă să se așeze cât mai mult posibil. Procesul contribuie la o creștere bruscă a densității de încărcare a suprafeței în toate punctele de îndepărtare.
Electricitatea este colectată în borcanele Leiden de pe crestele neutralizatoarelor. Există o creștere rapidă a tensiunii.Un eclator atașat la 2 electrozi ajută la evitarea defecțiunii sistemului. Este posibil să obțineți un arc de putere diferită prin ajustarea distanței dintre ele. Există o relație: cu cât intensitatea câmpului dintre cele 2 eclatoare este mai puternică, cu atât efectul însoțește mai zgomotos procesul de golire a borcanelor Leiden.
Segmentele rămân goale dincolo de punctul de eliminare a încărcării. În aval, egalizatoarele de potențial sau neutralizatoarele sunt instalate conform principiului de funcționare. Fiecare parte opusă a discului a încărcat deja diferite perii. În momentul trecerii prin punctul de preluare și după acesta, semnele de încărcare reziduală sunt diferite.
O bucată de sârmă groasă de cupru cu perii din firele cele mai subțiri plutind la o înălțime mică sau segmente de frecare contribuie la închiderea acestor contrarii. Rezultatul - sarcinile de pe ambele segmente sunt egale cu zero, toată energia este convertită conform legii Joule-Lenz în căldură generată pe miezul de cupru îngroșat.
Ce sunt băncile din Leiden
Primul condensator electric creat de oamenii de știință olandezi Pieter van Muschenbroek a fost un borcan Leyden. Condensatorul inventat are forma unui cilindru cu gât lat sau mediu de diferite diametre. Borcanul Leyden este din sticlă. Din interior și din exterior se lipește cu tablă specială. Produsul este acoperit cu un capac din lemn. Funcția principală a invenției este acumularea și stocarea sarcinilor mari.
Crearea unei astfel de bănci a fost stimulată de un studiu amplu al energiei electrice, al vitezei generale de distribuție a acesteia, precum și al proprietăților de conductivitate electrică a diferitelor materiale. Datorită ei, a fost posibil pentru prima dată să se producă o scânteie electrică în mod artificial.Acum, cutiile Leiden sunt folosite doar ca parte integrantă a mașinilor cu electrofor.
Care este principiul de funcționare al mașinii cu electrofor
Din puterea operatorului, se ia energie pentru a schimba semnele. Deja între egalizatoare și perii, discurile se deplasează cu repulsie reciprocă unul către celălalt. Numărul de rotații pe minut joacă un rol important. Densitate de încărcare crescută. Cea mai puternică sarcină a discurilor opuse împinge reziduurile prin lungimile de sârmă de cupru. De aici urmează energia suficientă pentru a schimba semnul.
Prin creșterea densității suprafeței, încărcarea este îndepărtată de pe dispozitiv. La un singur punct se fac rezerve de energie în banca Leiden, un alt loc servește la schimbarea semnului. Neutralizatorii prin inducție nu au practic diferențe. Ambele îndeplinesc o funcție comună de neutralizare a energiei. Schema generala:
- Există 2 tipuri de condensatoare în design: bănci Leiden în care se acumulează sarcina și o combinație a unui segment din ambele discuri cu un dielectric și o căptușeală de aluminiu.
- Există 2 tipuri de neutralizatori care reduc încărcarea segmentelor de aluminiu. Primul este folosit pentru a schimba semnul sau polarizarea, al doilea pentru a încărca borcanul Leyden.
Toată energia nu provine din frecarea aluminiului și cuprului sau din electrificarea aerului. Este creat prin umplerea forțată a condensatoarelor cu forța de torsiune a discului. Toate procesele sunt efectuate datorită creșterii accentuate a densității de încărcare a suprafeței la punctele de îndepărtare.
Aplicarea mașinii electrofor
Din anii 70. mașina Wimshurst nu este utilizată pentru producerea directă de energie electrică.Astăzi acționează ca o expoziție istorică care ilustrează istoria apariției și dezvoltării progresului științific și tehnologic și a ingineriei. O demonstrație de laborator, pentru care este creată o mașină de electrofor, arată diferitele fenomene și efecte ale electricității.
Este acceptabil să se folosească neutralizatori cu inducție, îndepărtând sarcinile din dielectricii lichidi, cum ar fi uleiul. Este periculos să obțineți o scânteie în aer în orice producție, poate duce la consecințe dezastruoase, fum și chiar o explozie.
Istoria descoperirilor și cercetărilor în domeniul energiei electrice este strâns legată de utilizarea diferitelor structuri și dispozitive pentru obținerea sarcinilor electrice. Aparatul electrofor și-a jucat rolul în cercetarea științifică, a cărei acțiune se bazează pe excitarea electricității datorată inducției.
Articole similare:
