Wimshurst generatorius arba elektroforo mašina yra indukcinis elektrostatinis įtaisas, sukurtas kaip nuolatinis elektros energijos šaltinis. XXI amžiuje jis naudojamas kaip pagalbinė technika demonstruojant fizinius eksperimentus, susijusius su įvairiais elektriniais efektais ir reiškiniais.
Turinys
Šiek tiek išradimo istorijos
1865 m. eksperimentinis fizikas iš Vokietijos Augustas Tepleris sukūrė galutinius elektroforo mašinos brėžinius. Tuo pačiu metu antrąjį nepriklausomą tokio vieneto atradimą padarė vokiečių mokslininkas Wilhelmas Holzas. Pagrindinis prietaiso skirtumas buvo galimybė gauti didesnę galią ir potencialų skirtumą. Holtzas laikomas nuolatinės elektros srovės šaltinio kūrėju.
Paprastą pradinį elektroforo aparato dizainą 1883 m. patobulino Jamesas Wimshurstas iš Anglijos.Jo modifikacija naudojama visose fizinėse laboratorijose vizualiai eksperimentams demonstruoti.
Elektroforo mašinos konstrukcija
2 bendraašiai diskai sukasi vienas prieš kitą, kartu nešdami pačius paprasčiausius aliuminio sektorių kondensatorius. Dėl atsitiktinių procesų pirminiu momentu vieno iš segmentų vietoje susidaro krūvis. Šį reiškinį sukelia trinties prieš orą procesas. Dėl dizaino simetrijos neįmanoma iš anksto numatyti galutinio ženklo.
Dizainas naudoja 2 Leyden stiklainius. Jie sukuria vieną sistemą iš nuosekliai sujungtų kondensatorių. Dėl to kiekvieno bako darbinės įtampos reikalavimai padvigubėja. Būtina pasirinkti tuos pačius reitingus, tai yra vienodo darbinės įtampos paskirstymo raktas.
Indukciniai neutralizatoriai skirti sumažinti įtampą. Visa konstrukcija primena metalines šukas, kabančias tam tikru atstumu virš disko. Abu diskai su lygiaverčiais išorinio paviršiaus ženklais patenka į krūvio pašalinimo tašką. Neutralizatoriai yra suporuoti. Po iškrovimo segmentų įkrova labai sumažėja. Papildomos konstrukcijos šepetys lengvai liečiasi su disko kraštu.
Operatorius, naudodamas elektros pavaros galią arba savo ranką, jėga sujungia atstumiančius sistemos elementus. Kaltinimai, bendraujantys tarpusavyje, stengiasi kuo toliau nusistovėti. Šis procesas prisideda prie staigaus paviršiaus krūvio tankio padidėjimo visuose pašalinimo taškuose.
Elektra surenkama į Leideno stiklainius nuo neutralizatorių keterų. Greitai kyla įtampa.Prie 2 elektrodų pritvirtintas kibirkšties tarpas padeda išvengti sistemos gedimo. Reguliuojant atstumą tarp jų galima gauti skirtingo stiprumo lanką. Yra ryšys: kuo stipresnis lauko stiprumas tarp 2 kibirkšties tarpų, tuo triukšmingesnis efektas lydi Leideno stiklainių ištuštinimo procesą.
Segmentai lieka tušti už įkrovos pašalinimo taško. Pasroviui pagal veikimo principą įrengiami potencialų ekvalaizeriai arba neutralizatoriai. Kiekviena priešinga disko pusė jau suteikė krūvį skirtingiems šepečiams. Pravažiavimo per paėmimo tašką momentu ir po jo liekamojo krūvio ženklai skiriasi.
Storos varinės vielos gabalas su ploniausių vielų šepečiais, svyrančiais žemame aukštyje arba besitrinančiais segmentais, prisideda prie šių priešingybių uždarymo. Rezultatas – abiejų segmentų krūviai lygūs nuliui, visa energija pagal Džaulio-Lenco dėsnį paverčiama šiluma, susidarančia ant sutirštintos varinės šerdies.
Kas yra Leideno bankai
Pirmasis elektrinis kondensatorius, kurį sukūrė olandų mokslininkai Pieter van Muschenbroek, buvo Leyden stiklainis. Išrastas kondensatorius yra cilindro formos su plačiu arba vidutiniu skirtingo skersmens kakleliu. Leyden stiklainis pagamintas iš stiklo. Iš vidaus ir išorės jis apklijuojamas specialia skarda. Gaminys uždengtas mediniu dangteliu. Pagrindinė išradimo funkcija yra didelių krūvių kaupimas ir saugojimas.
Kurti tokį banką paskatino platus elektros, bendro jos pasiskirstymo greičio, taip pat įvairių medžiagų elektros laidumo savybių tyrimas. Jos dėka pirmą kartą buvo įmanoma dirbtinai pagaminti elektros kibirkštį.Dabar Leiden skardinės naudojamos tik kaip neatskiriama elektroforinių mašinų dalis.
Koks yra elektroforo mašinos veikimo principas
Iš operatoriaus jėgų imamasi energijos keisti ženklus. Jau tarp ekvalaizerių ir šepečių diskai juda vienas kito link. Apsisukimų skaičius per minutę vaidina svarbų vaidmenį. Padidėjęs įkrovos tankis. Stipriausias priešingų diskų krūvis išstumia likučius per varinės vielos ilgius. Iš to išplaukia energija, kurios pakanka ženklui pakeisti.
Padidinus paviršiaus tankį, įkrova pašalinama iš įrenginio. Vienoje vietoje Leideno krante daromi energijos rezervai, kita vieta skirta pakeisti ženklą. Indukciniai neutralizatoriai praktiškai nesiskiria. Jie abu atlieka bendrą energijos neutralizavimo funkciją. Bendra schema:
- Konstrukcijoje yra 2 kondensatorių tipai: Leiden bankai, kuriuose kaupiasi krūvis, ir abiejų diskų segmento derinys su dielektriku ir aliuminio pamušalu.
- Yra 2 tipų neutralizatoriai, kurie sumažina aliuminio segmentų krūvį. Pirmasis naudojamas ženklui arba poliarizacijai pakeisti, antrasis - Leyden stiklainiui įkrauti.
Visa energija nėra gaunama dėl aliuminio ir vario trinties ar oro elektrifikacijos. Jis sukuriamas priverstinai užpildant kondensatorius disko sukimo jėga. Visi procesai atliekami dėl staigaus paviršiaus krūvio tankio padidėjimo pašalinimo taškuose.
Elektroforo mašinos taikymas
Nuo 70-ųjų. Wimshurst mašina nenaudojama tiesioginei elektros energijos gamybai.Šiandien ji veikia kaip istorinis eksponatas, iliustruojantis mokslo ir technologijų pažangos bei inžinerijos atsiradimo ir raidos istoriją. Laboratorinė demonstracija, kuriai sukurta elektroforo mašina, parodo įvairius elektros reiškinius ir poveikį.
Leidžiama naudoti indukcinius neutralizatorius, pašalinančius krūvius iš skystų dielektrikų, tokių kaip alyva. Bet kokioje gamyboje kilti kibirkšties ore yra pavojinga, tai gali sukelti pražūtingų pasekmių, dūmų ir net sprogimo.
Elektros srities atradimų ir tyrimų istorija glaudžiai susijusi su įvairių konstrukcijų ir prietaisų panaudojimu elektros krūviams gauti. Elektroforo mašina atliko savo vaidmenį moksliniuose tyrimuose, kurių veikimas pagrįstas elektros sužadinimu dėl indukcijos.
Panašūs straipsniai:
