Vimshursta ģenerators jeb elektroformēšanas iekārta ir induktīvā elektrostatiskā ierīce, kas paredzēta kā nepārtraukts elektroenerģijas avots. 21. gadsimtā izmanto kā palīgtehniku, lai demonstrētu fizikālus eksperimentus ar dažādiem elektriskiem efektiem un parādībām.
Saturs
Nedaudz par izgudrojuma vēsturi
1865. gadā vācu eksperimentālais fiziķis Augusts Tēplers (August Thöepler) uzzīmēja galīgos elektroformēšanas mašīnas rasējumus. Tajā pašā laikā vācu zinātnieks Vilhelms Holcs (Wilhelm Holz) veica otru neatkarīgu līdzīgas mašīnas atklājumu. Ierīces galvenā atšķirība bija tās spēja radīt lielu jaudu un potenciālu starpību. Holcs tiek uzskatīts par līdzstrāvas avota radītāju.
Vienkāršo sākotnējo galvanoplastikas mašīnas konstrukciju 1883. gadā uzlaboja Džeimss Vimshursts no Anglijas. Tās modifikācija tiek izmantota visās fizikas laboratorijās, lai vizuāli demonstrētu eksperimentus.
Galvanoplastikas mašīnas konstrukcija
Divi līdzās esoši diski rotē viens pret otru, vienlaikus nesot vienkāršus alumīnija sektoru kondensatorus. Sakarā ar nejaušiem procesiem primārajā momentā uz viena segmenta segmenta tiek ģenerēts lādiņš. Šo parādību izraisa berzes process ar gaisu. Konstrukcijas simetrijas dēļ galīgo zīmi nevar iepriekš paredzēt.
Dizainā ir izmantotas divas Leidenes burkas. Tie veido vienotu sistēmu no virknē savienotiem kondensatoriem. Tādējādi katra kondensatora darba sprieguma prasības tiek samazinātas divas reizes. Lai garantētu vienmērīgu darba sprieguma sadalījumu, jāizvēlas vienādi nominālie lielumi.
Induktīvie neitralizatori ir paredzēti sprieguma mazināšanai. Visa konstrukcija atgādina metāla ķemmi, kas atrodas zināmā attālumā virs diska. Abi diski ar vienādām ārējās virsmas pazīmēm nonāk lādiņa noņemšanas vietā. Neitralizatori ir pārī. Segmentu uzlāde ievērojami samazinās pēc izlādes punkta realizēšanas. Papildu konstrukcijās birste viegli saskaras ar diska malu.
Operators piespiež sistēmas atgrūžamos elementus savienot kopā, izmantojot elektrisko piedziņu vai savu roku. Savstarpēji mijiedarbojošies lādiņi tiecas izkliedēties pēc iespējas tālāk. Šis process veicina strauju virsmas lādiņa blīvuma pieaugumu visos ekstrakcijas punktos.
Elektrība tiek savākti Leidenes bankās no neitralizatora grēdām. Notiek straujš sprieguma kāpums. Lai izvairītos no sistēmas bojājumiem, pie 2 elektrodiem ir piestiprināts strāvas novadītājs. Ir iespējams iegūt dažādas stiprības lokus, pielāgojot attālumu starp tiem. Pastāv sakarība: jo spēcīgāks ir lauks starp diviem izlādētājiem, jo trokšņaināka ir Leiden burku iztukšošanās.
Segmenti paliek tukši pēc lādiņa noņemšanas punkta. Iespējamie izlīdzinātāji vai neitralizatori tiek uzstādīti kustības gaitā. Katra pretējā diska puse jau ir nodevusi lādiņu pie dažādām birstēm. Ieguves punkta šķērsošanas brīdī un pēc tam lādiņa atlikušās pazīmes atšķiras.
Biezas vara stieples gabals ar smalkām stiepļu birstītēm, karājoties nelielā augstumā vai berzējot segmentus, palīdz noslēgt šīs pretējās zīmes. Rezultātā lādiņi uz abiem segmentiem tiek izlīdzināti līdz nullei, visa enerģija saskaņā ar Džoula-Lenca likumu tiek pārvērsta siltumā, kas rodas uz sabiezinātas vara stieples.
Kas ir Leidenes burkas
Pirmais elektriskais kondensators, ko radīja holandiešu zinātnieks Pīters van Muschenbroeks, bija Leidenes burka. Izgudrotajam kondensatoram ir cilindra forma ar dažāda diametra platu vai vidēja izmēra kakliņu. Leidenes burka ir izgatavota no stikla. Tā iekšpusē un ārpusē ir izklāta ar īpašu alvas loksni. Produkts ir pārklāts ar koka vāku. Izgudrojuma galvenā funkcija ir akumulēt un uzglabāt lielus lādiņus.
Šādas burkas izveidi rosināja plaša elektrības, tās vispārējā izplatīšanās ātruma un dažādu materiālu elektrības vadītspējas īpašību izpēte. Tā bija pirmā reize, kad elektriskā dzirkstele tika radīta mākslīgi. Mūsdienās Leidenes burkas tiek izmantotas tikai kā galvanoplastikas mašīnu neatņemama sastāvdaļa.
Kā darbojas galvanoplastikas mašīna
Enerģija zīmju maiņai tiek ņemta no operatora jaudas. Jau starp izlīdzinātājiem un birstēm diski pārvietojas viens pret otru ar savstarpēju pretestību. Sava nozīme ir arī apgriezienu skaitam minūtē. Palielinās lādiņa blīvums. Pretējo disku spēcīgākais lādiņš izspiež atlikumu caur vara stieples sekcijām. No tā rodas enerģija, kas ir pietiekama, lai mainītu zīmi.
Palielinot virsmas blīvumu, vienībā tiek noņemts lādiņš. Vienā punktā enerģija tiek uzkrāta Leidena burkā, un citā punktā tiek izmantota, lai mainītu zīmi. Indukcijas neitralizatori ir praktiski neatšķirami. Abām šīm vielām ir kopīga enerģijas neitralizēšanas funkcija. Vispārējās shēmas:
- Konstrukcijā ir 2 kondensatoru veidi: Leiden burkas, kurās tiek uzglabāts lādiņš, un abu disku segmenta kombinācija ar dielektriķi un alumīnija vāku.
- Alumīnija segmentu lādiņa samazināšanu nodrošina 2 veidu neitralizatori. Pirmo izmanto, lai mainītu zīmi vai polarizāciju, bet otro - lai uzlādētu Leidenes burku.
Visa enerģija rodas nevis no alumīnija un vara berzes vai gaisa elektrifikācijas. To rada, piespiežot kondensatorus piepildīties ar diska vērpes spēku. Visi procesi tiek veikti, krasi palielinot virsmas lādiņa blīvumu ekstrakcijas punktos.
Galvanoplastikas mašīnas pielietojums
Kopš pagājušā gadsimta 70. gadiem Vimshursta mašīna netiek izmantota tiešai elektroenerģijas ieguvei. Šodien tā kalpo kā vēsturisks eksponāts, kas ilustrē zinātnes un tehnikas progresa un inženiertehniskās domas vēsturi un attīstību. Laboratorijas demonstrācija, kurā tiek demonstrēts, kādam nolūkam ir izgatavota elektroformēšanas mašīna, parāda dažādas elektrības parādības un iedarbību.
Ir pieļaujams izmantot indukcijas neitralizatorus, kas noņem lādiņus no šķidrajiem dielektriķiem, piemēram, eļļas. Jebkurā ražošanas objektā ir bīstami, ja gaisā parādās dzirkstele, tā var izraisīt kaitīgas sekas, dūmus un pat sprādzienu.
Elektrības atklājumu un pētījumu vēsture ir cieši saistīta ar dažādu konstrukciju un ierīču izmantošanu elektrisko lādiņu radīšanai. Elektroformēšanas mašīna, kuras darbības pamatā ir elektrības ierosme ar indukcijas palīdzību, ir bijusi nozīmīga zinātniskajā pētniecībā.
Saistītie raksti:
