Генераторът на Wimshurst или електрофорната машина е индукционно електростатично устройство, проектирано като непрекъснат източник на електрическа енергия. През 21 век се използва като спомагателна техника за демонстриране на физически експерименти, свързани с различни електрически ефекти и явления.
Съдържание
Малко от историята на изобретението
През 1865 г. експерименталният физик от Германия Август Теплер разработва окончателните чертежи на електрофорната машина. В същото време второто независимо откритие на такава единица е направено от немския учен Вилхелм Холц. Основната разлика на устройството беше способността да получи по-голяма мощност и потенциална разлика. Холц се смята за създател на източник на постоянен електрически ток.
Простият първоначален дизайн на електрофорната машина е подобрен през 1883 г. от Джеймс Уимшърст от Англия.Неговата модификация се използва във всички физически лаборатории за визуална демонстрация на експерименти.
Конструкцията на електрофорната машина
2 коаксиални диска се въртят един срещу друг, докато носят най-простите кондензатори от алуминиеви сектори. Поради случайни процеси в първичния момент се образува заряд на мястото на един от сегментите. Явлението се причинява от процеса на триене във въздуха. Поради симетрията на дизайна е невъзможно да се предвиди предварително крайният знак.
Дизайнът използва 2 Leyden буркана. Те създават единна система от последователно свързани кондензатори. Това води до удвояване на изискванията за работно напрежение във всеки резервоар. Необходимо е да изберете едни и същи оценки, това е ключът към равномерното разпределение на работното напрежение.
Индуктивните неутрализатори са предназначени за облекчаване на напрежението. Цялата конструкция наподобява метален гребен, висящ на известно разстояние над диска. И двата диска с еквивалентни знаци на външната повърхност идват до точката на отстраняване на заряда. Неутрализаторите са сдвоени. След разтоварване зарядът на сегментите е значително намален. При допълнителните дизайни четката лесно влиза в контакт с ръба на диска.
Операторът, използвайки силата на електрическото задвижване или собствената си ръка, насилствено сближава отблъскващите елементи на системата. Зарядите, взаимодействащи помежду си, се опитват да се установят доколкото е възможно. Процесът допринася за рязко увеличаване на плътността на повърхностния заряд във всички точки на отстраняване.
Електричеството се събира в лайденските буркани от гребените на неутрализаторите. Има бързо покачване на напрежението.Искрова междина, прикрепена към 2 електрода, помага да се избегне повреда на системата. Възможно е да се получи дъга с различна сила чрез регулиране на разстоянието между тях. Има връзка: колкото по-силна е силата на полето между 2-те искрови междини, толкова по-шумен е ефектът, съпътстващ процеса на изпразване на бурканите Leiden.
Сегментите остават празни след точката за отстраняване на заряда. Надолу по веригата се монтират потенциални еквалайзери или неутрализатори според принципа на действие. Всяка противоположна страна на диска вече е заредила различни четки. В момента на преминаване през точката за вземане и след нея знаците за остатъчно зареждане са различни.
Парче дебела медна тел с четки от най-тънките жици, висящи на ниска височина или триещи се сегменти допринасят за затварянето на тези противоположности. Резултатът - зарядите на двата сегмента са равни на нула, цялата енергия се преобразува съгласно закона на Джоул-Ленц в топлина, генерирана върху удебеленото медно ядро.
Какво представляват банките на Лайден
Първият електрически кондензатор, създаден от холандските учени Питер ван Мушенбрук, беше буркан от Лайден. Изобретения кондензатор има формата на цилиндър с широка или средна шийка с различни диаметри. Бурканът Leyden е изработен от стъкло. Отвътре и отвън се залепва със специална ламарина. Продуктът е покрит с дървен капак. Основната функция на изобретението е натрупването и съхраняването на големи заряди.
Създаването на такава банка беше стимулирано от широко изследване на електричеството, общата скорост на неговото разпространение, както и свойствата на електропроводимост на различни материали. Благодарение на нея стана възможно за първи път изкуствено да се произведе електрическа искра.Сега кутиите на Leiden се използват само като неразделна част от електрофорните машини.
Какъв е принципът на работа на електрофорната машина
От силата на оператора се взема енергия за промяна на знаците. Вече между еквалайзерите и четките дисковете се движат с взаимно отблъскване един към друг. Броят на оборотите в минута играе роля. Повишена плътност на заряда. Най-силният заряд на противоположните дискове изтласква остатъците през дължините на медния проводник. От това следва енергията, достатъчна за промяна на знака.
Чрез увеличаване на повърхностната плътност зарядът се отстранява от устройството. В една точка се правят енергийни резерви в банката на Лайден, друго място служи за смяна на знака. Индукционните неутрализатори практически нямат разлики. И двамата изпълняват обща функция за неутрализиране на енергията. Обща схема:
- В дизайна има 2 вида кондензатори: банки Leiden, където се натрупва зарядът, и комбинация от сегмент от двата диска с диелектрик и алуминиева облицовка.
- Има 2 вида неутрализатори, които намаляват заряда на алуминиевите сегменти. Първият се използва за промяна на знака или поляризацията, вторият за зареждане на буркана Leyden.
Цялата енергия не идва от триенето на алуминия и медта или от наелектризирането на въздуха. Създава се чрез принудително пълнене на кондензаторите със силата на усукване на диска. Всички процеси се извършват поради рязко увеличаване на плътността на повърхностния заряд в точките на отстраняване.
Приложение на електрофорна машина
От 70-те години. машината Wimshurst не се използва за директно производство на електрическа енергия.Днес той действа като исторически експонат, илюстриращ историята на възникването и развитието на научно-техническия прогрес и инженерството. Лабораторна демонстрация, за която е създадена електрофорна машина, показва различните явления и ефекти на електричеството.
Приемливо е да се използват индукционни неутрализатори, премахващи зарядите от течни диелектрици, като масло. Опасно е да се получи искра във въздуха при всяко производство, това може да доведе до катастрофални последици, дим и дори експлозия.
Историята на откритията и изследванията в областта на електричеството е тясно свързана с използването на различни структури и устройства за получаване на електрически заряди. Електрофорната машина изигра своята роля в научните изследвания, чието действие се основава на възбуждането на електричество поради индукция.
Подобни статии:
