Wimshurstov generator ali stroj za elektrooblikovanje je induktivna elektrostatična naprava, zasnovana kot neprekinjen vir električne energije. V enaindvajsetem stoletju se uporablja kot pomožna tehnika za prikaz fizikalnih poskusov v zvezi z različnimi električnimi učinki in pojavi.
Vsebina
Malo o zgodovini izuma
Leta 1865 je nemški eksperimentalni fizik August Tepler razvil končne risbe stroja za elektrooblikovanje. Istočasno je drugo neodvisno odkritje podobnega stroja naredil nemški znanstvenik Wilhelm Holtz. Glavna razlika naprave je bila sposobnost pridobivanja visoke moči in potencialne razlike. Holtz velja za ustvarjalca vira enosmernega električnega toka.
Preprosto začetno zasnovo aplikacije stroja za elektrooblikovanje je leta 1883 izboljšal James Wimshurst iz Anglije. Njegova modifikacija se uporablja v vseh fizikalnih laboratorijih za vizualno predstavitev eksperimentov.
Zasnova stroja za elektroformiranje je.
2 koaksialna diska se vrtita drug proti drugemu, medtem ko nosita enostavne aluminijaste sektorske kondenzatorje.Zaradi naključnih procesov v primarnem trenutku nastane naboj na segmentu enega od segmentov. Pojav nastane zaradi procesa trenja ob zrak. Zaradi simetrije zasnove končnega znaka ni mogoče predvideti vnaprej.
Pri načrtovanju sta uporabljena dva brega Leiden. Ustvarjajo enoten sistem kondenzatorjev v seriji. To ima učinek dvojnega zmanjšanja delovne napetosti vsakega kondenzatorja. Izbrati je treba enake nazivne vrednosti, to je ključ do enakomerne porazdelitve delovne napetosti.
Indukcijski nevtralizatorji so zasnovani za razbremenitev napetosti. Celotna konstrukcija spominja na kovinski glavnik, ki lebdi na določeni razdalji nad diskom. Oba diska z enakovrednimi zunanjimi površinskimi znaki prideta do točke odvzema naboja. Nevtralizatorji so seznanjeni. Naboj segmentov se po realizirani razelektritvi močno zmanjša. Pri dodatnih oblikah je krtača v preprostem stiku z robom diska.
Operater z močjo električnega pogona ali lastno roko na silo združuje odbojne elemente sistema. Naboji, ki medsebojno delujejo, se poskušajo postaviti čim bolj narazen. Postopek spodbuja močno povečanje površinske gostote nabojev na vseh točkah umika.
Elektrika se zbira v Leidenskih kozarcih iz grebenov nevtralizatorjev. Obstaja hiter porast napetosti. Odvodnik, pritrjen na 2 elektrodi, pomaga preprečiti okvaro sistema. S prilagajanjem razdalje med njimi je mogoče dobiti loke različnih jakosti. Obstaja povezava: močnejša kot je poljska jakost med obema razelektrilcema, bolj hrupni učinek spremlja praznjenje Leydenovih kozarcev.
Segmenti po odstranitvi naboja ostanejo prazni. Potencialni izenačevalniki ali nevtralizatorji so nameščeni vzdolž toka gibanja po principu delovanja.Vsaka nasprotna stran diska je že oddala naboj na različnih krtačah. V trenutku prehoda odvzemne točke in po njej so preostali znaki naboja različni.
Odsek debele bakrene žice s ščetkami najtanjših žic, ki lebdijo na nizki višini ali drgnejo segmente, prispeva k zaprtju omenjenih nasprotij. Posledica tega je, da sta naboja na obeh segmentih enaka nič, vsa energija se po Joule-Lenzovem zakonu pretvori v toploto, ki nastane na odebeljeni bakreni žici.
Kaj so Leiden kozarci
Prvi električni kondenzator, ki ga je ustvaril nizozemski znanstvenik Peter van Muschenbroek, je bil kozarec Leiden. Izumljeni kondenzator je oblikovan kot valj s širokim ali srednjim grlom različnih premerov. Leiden kozarec je narejen iz stekla. Znotraj in zunaj je obložen s posebno pločevino. Izdelek je pokrit z lesenim pokrovom. Glavna funkcija izuma je kopičenje in shranjevanje velikih nabojev.
Ustvarjanje takšnega kozarca je spodbudilo obsežno preučevanje električne energije, splošne hitrosti njenega širjenja, pa tudi lastnosti električne prevodnosti različnih materialov. Zahvaljujoč temu je bilo prvič mogoče umetno proizvesti električno iskro. Zdaj se kozarci Leiden uporabljajo samo kot sestavni del strojev za elektroformiranje.
Kakšno je načelo delovanja stroja za elektroformiranje
Za spreminjanje znakov se energija črpa iz moči operaterja. Že med izenačevalniki in krtačami se diski premikajo z medsebojnim odbojem drug proti drugemu. Število vrtljajev na minuto igra svojo vlogo. Poveča se gostota naboja. Najmočnejši naboj nasprotnih diskov potisne ostanek skozi odseke bakrene žice. Iz tega prihaja dovolj energije za spremembo predznaka.
S povečanjem vrednosti površinske gostote se v enoti odstrani naboj.Na eni točki se rezerve energije naredijo v Leidenovem kozarcu, druga lokacija služi za spremembo predznaka. Indukcijski nevtralizatorji se praktično ne razlikujejo. Oba imata skupno funkcijo nevtralizacije energije. Splošno vezje:
- V zasnovi sta 2 vrsti kondenzatorjev: Leydenovi kozarci, kjer se kopiči naboj, in kombinacija segmenta obeh diskov z dielektrično in aluminijasto oblogo.
- Za zmanjšanje napolnjenosti aluminijastih segmentov skrbita 2 vrsti nevtralizatorjev. Prvi se uporablja za spremembo predznaka ali polarizacije, drugi za polnjenje Leidenskega kozarca.
Vsa energija ne izvira iz trenja aluminija in bakra ali elektrifikacije zraka. Nastane s prisilnim polnjenjem kondenzatorjev s torzijsko silo diska. Vsi procesi se izvajajo zaradi močnega povečanja površinske gostote nabojev na mestih odstranjevanja.
Uporaba stroja za elektroformiranje
Od leta 1970 se stroj Wimshurst ne uporablja za neposredno proizvodnjo električne energije. Danes služi kot zgodovinski eksponat, ki ponazarja zgodovino nastanka in razvoja znanstvenega in tehnološkega napredka ter tehnike. Laboratorijska demonstracija, za kaj je stroj za elektroformiranje izdelan, prikazuje različne pojave in učinke elektrike.
Sprejemljivo je uporabljati indukcijske nevtralizatorje z odstranjevanjem nabojev iz tekočih dielektrikov, kot je olje. Iskra v zraku je nevarna pri kateri koli proizvodnji, lahko povzroči škodljive posledice, dim in celo eksplozijo.
Zgodovina odkritij in raziskav na področju elektrike je tesno povezana z uporabo različnih zasnov in naprav za ustvarjanje električnih nabojev. Stroj za elektrooblikovanje, katerega delovanje temelji na vzbujanju električne energije z indukcijo, je imel vlogo v znanstvenih raziskavah.
Povezani članki:
