Wimshurst 발전기 또는 전기 주조 기계는 전기 에너지의 연속 소스로 설계된 유도 정전기 장치입니다. 21세기에는 다양한 전기적 효과와 현상에 관한 물리적 실험을 입증하기 위한 보조 기술로 사용됩니다.
발명의 역사의 약간
1865년 독일의 실험 물리학자 아우구스트 테플러(August Tepler)는 전기 주조 기계의 최종 도면을 개발했습니다. 동시에 독일 과학자 Wilhelm Holtz에 의해 유사한 기계에 대한 두 번째 독립적인 발견이 이루어졌습니다. 장치의 주요 차이점은 높은 전력과 전위차를 얻을 수 있는 능력이었습니다. Holtz는 직류 전원의 창시자로 간주됩니다.
전기 주조 기계 응용 프로그램의 간단한 초기 설계는 1883년 영국의 James Wimshurst에 의해 개선되었습니다. 그 수정은 실험의 시각적 시연을 위해 모든 물리학 실험실에서 사용됩니다.
전기 주조 기계의 디자인은 다음과 같습니다.
2개의 동축 디스크는 단순한 알루미늄 섹터 커패시터를 운반하면서 서로에 대해 회전합니다.1차 순간의 무작위 프로세스로 인해 세그먼트 중 하나의 세그먼트에 전하가 형성됩니다. 이 현상은 공기와의 마찰 과정에 의해 발생합니다. 디자인의 대칭성으로 인해 최종 기호를 미리 예측할 수 없습니다.
2개의 라이덴 뱅크가 설계에 사용됩니다. 직렬로 연결된 단일 커패시터 시스템을 생성합니다. 이것은 각 커패시터의 작동 전압 요구 사항을 두 배로 줄이는 효과가 있습니다. 동일한 정격을 선택해야 하며 이는 작동 전압을 고르게 분배하는 열쇠입니다.
유도 중화기는 전압을 완화하도록 설계되었습니다. 전체 구조는 디스크 위의 어느 정도 거리에 떠 있는 금속 빗과 비슷합니다. 동일한 외부 표면 기호가 있는 두 디스크 모두 전하 인출 지점에 도달합니다. 중화제가 쌍을 이룹니다. 방전이 실현된 후 세그먼트의 전하가 크게 감소합니다. 추가 디자인에서 브러시는 디스크 가장자리에 쉽게 닿습니다.
작업자는 전기 드라이브 또는 자신의 손을 통해 시스템의 반발 요소를 강제로 결합합니다. 서로 상호 작용하는 전하는 가능한 한 멀리 떨어져 있습니다. 이 과정은 모든 철수 지점에서 전하의 표면 밀도를 급격히 증가시킵니다.
전기는 중화제의 볏에서 라이덴 병에 수집됩니다. 전압이 급격히 증가합니다. 2개의 전극에 부착된 피뢰기는 시스템의 고장을 방지하는 데 도움이 됩니다. 그들 사이의 거리를 조정하여 서로 다른 강도의 호를 얻을 수 있습니다. 상관 관계가 있습니다. 2개의 방전기 사이의 전계 강도가 강할수록 Leyden 병을 비울 때 소음이 더 많이 발생합니다.
세그먼트는 전하 제거 시점 이후에 비어 있는 상태로 유지됩니다. 전위 등화기 또는 중화기는 작동 원리에 따라 동작의 흐름을 따라 설치됩니다.디스크의 각 반대쪽은 이미 다른 브러시에서 충전을 포기했습니다. 철수 지점을 통과하는 순간과 그 이후에 충전의 잔류 기호가 다릅니다.
가장 얇은 와이어의 브러시가 있는 두꺼운 구리 와이어 섹션은 낮은 높이에서 호버링하거나 세그먼트를 문지르면 상기 반대 방향의 폐쇄에 기여합니다. 결과적으로 두 세그먼트의 전하는 0이 되고 모든 에너지는 Joule-Lenz 법칙에 따라 두꺼운 구리선에서 생성된 열로 변환됩니다.
라이덴 병이란 무엇입니까?
네덜란드 과학자 Peter van Muschenbroek이 만든 최초의 전기 커패시터는 라이덴 병이었습니다. 발명된 콘덴서는 직경이 다른 넓거나 중간의 목이 있는 실린더 모양입니다. 라이덴 병은 유리로 만들어졌습니다. 내부와 외부에는 특수 주석 시트가 늘어서 있습니다. 제품은 나무 뚜껑으로 덮여 있습니다. 본 발명의 주요 기능은 큰 전하의 축적 및 저장이다.
이러한 항아리의 생성은 전기에 대한 광범위한 연구, 일반적인 전파 속도 및 다양한 재료의 전기 전도도 특성에 의해 자극을 받았습니다. 덕분에 최초로 전기 스파크를 인공적으로 생성할 수 있었습니다. 이제 라이덴 병은 전기 주조 기계의 필수적인 부분으로만 사용됩니다.
전기 주조 기계의 작동 원리는 무엇입니까?
신호를 변경하기 위해 작업자의 힘에서 에너지를 가져옵니다. 이미 이퀄라이저와 브러시 사이에서 디스크는 서로를 향한 상호 반발력으로 움직입니다. 분당 회전 수가 그 역할을 합니다. 전하 밀도가 증가합니다. 반대 디스크의 가장 강한 전하는 구리 와이어 섹션을 통해 잔류물을 밀어냅니다. 여기에서 기호를 변경하기에 충분한 에너지가 나옵니다.
표면 밀도 값을 높이면 장치에서 전하가 제거됩니다.단일 지점에서 에너지 비축량은 라이덴 병에 만들어지고 다른 위치는 기호를 변경하는 역할을 합니다. 유도 중화기는 사실상 구별할 수 없습니다. 둘 다 에너지를 중화시키는 공통 기능을 가지고 있습니다. 일반 회로:
- 설계에는 두 가지 유형의 커패시터가 있습니다. 하나는 전하가 축적되는 라이덴 병이고, 다른 하나는 유전체 및 알루미늄 라이너가 있는 두 디스크 세그먼트의 조합입니다.
- 알루미늄 세그먼트의 전하 감소는 2가지 유형의 중화제로 처리됩니다. 첫 번째는 부호 또는 극성을 변경하는 데 사용되며 두 번째는 라이덴 병을 충전하는 데 사용됩니다.
모든 에너지는 알루미늄과 구리의 마찰이나 공기의 대전에서 오는 것이 아닙니다. 디스크의 비틀림 힘에 의해 커패시터가 강제로 채워짐으로써 생성됩니다. 제거 지점에서 전하의 표면 밀도가 급격히 증가하여 모든 프로세스가 수행됩니다.
전기 주조 기계의 응용
1970년대 이후로 Wimshurst 기계는 전기 에너지의 직접 생산에 사용되지 않았습니다. 오늘날 그것은 과학적, 기술적 진보와 공학의 출현과 발전의 역사를 보여주는 역사적 전시물로 사용됩니다. 전기 주조 기계가 무엇을 위해 만들어졌는지에 대한 실험실 시연은 전기의 다양한 현상과 효과를 보여줍니다.
오일과 같은 액체 유전체에서 전하를 제거하여 유도 중화기를 사용하는 것은 허용됩니다. 모든 생산에서 공기 중 스파크를 얻는 것은 위험합니다. 이는 유해한 결과, 연기 및 폭발로 이어질 수 있습니다.
전기 분야의 발견과 연구의 역사는 전하를 생성하기 위한 다양한 설계 및 장치의 사용과 밀접한 관련이 있습니다. 유도를 통한 전기의 여기를 기반으로 하는 전기 주조 기계는 과학 연구에 중요한 역할을 했습니다.
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