Wimshurstgeneratorn eller elektroformningsmaskinen är en induktiv elektrostatisk anordning som är utformad som en kontinuerlig källa till elektrisk energi. Används på 2000-talet som en hjälpteknik för att demonstrera fysikaliska experiment med olika elektriska effekter och fenomen.
Innehåll
Lite om uppfinningens historia
År 1865 gjorde den tyske experimentalfysikern August Thöepler de sista ritningarna till en elektroformningsmaskin. Samtidigt gjorde den tyske vetenskapsmannen Wilhelm Holz en andra oberoende upptäckt av en liknande maskin. Den största skillnaden med apparaten var dess förmåga att producera hög effekt och potentialskillnad. Holtz anses vara skaparen av den elektriska likströmskällan.
Den enkla första konstruktionen av elektroformningsmaskinen förbättrades 1883 av James Wimshurst från England. Dess modifiering används i alla fysiklaboratorier för visuell demonstration av experiment.
Konstruktionen av elektroformningsmaskinen
Två koaxiala skivor roterar mot varandra samtidigt som de bär enkla sektorkondensatorer av aluminium. På grund av slumpmässiga processer i det primära momentet genereras en laddning på ett segment av ett av segmenten. Detta fenomen orsakas av friktionen mot luften. På grund av symmetrin i konstruktionen kan man inte förutse det slutliga tecknet i förväg.
Två Leiden-krukor används i konstruktionen. De skapar ett enda system av kondensatorer som är kopplade i serie. Detta påverkar den dubbla minskningen av driftsspänningskraven för varje kondensator. Samma värden bör väljas för att garantera en jämn fördelning av driftsspänningen.
De induktiva neutralisatorerna är utformade för att minska spänningen. Hela konstruktionen liknar en metallkam som svävar en bit över skivan. Båda skivorna med likvärdiga tecken på den yttre ytan anländer till den punkt där laddningen avlägsnas. Neutralisatorerna är parade. Laddningen av segmenten minskar kraftigt efter det att urladdningspunkten har uppnåtts. I de ytterligare modellerna har borsten lätt kontakt med skivans kant.
Operatören tvingar ihop systemets repulsiva element antingen med hjälp av en elektrisk drivning eller med hjälp av sin egen hand. De laddningar som interagerar med varandra tenderar att spridas ut så långt som möjligt. Processen uppmuntrar en kraftig ökning av ytladdningstätheten vid alla utvinningspunkter.
Elektricitet samlas in i Leiden-bankerna från neutraliseringshöjderna. Spänningen ökar snabbt. En avledare som är fäst vid de två elektroderna hjälper till att undvika att systemet går sönder. Det är möjligt att få bågar av olika styrka genom att justera avståndet mellan dem. Det finns ett samband: ju starkare fältstyrkan mellan de två utmatarna är, desto mer bullrig är effekten som följer med tömningen av Leydenburkarna.
Segmenten förblir tömda efter det att laddningen avlägsnats. Potentiella utjämnare eller neutraliserare installeras längs rörelsens gång. Varje motsatt sida av skivan har redan lämnat ifrån sig laddningen till de olika borstarna. När utvinningspunkten passeras och efter den är de kvarvarande tecknen på laddningen olika.
En bit tjock koppartråd med fina trådborstar, som svävar på låg höjd eller gnuggar segmenten, hjälper till att stänga dessa motsatta tecken. Resultatet är att laddningarna på båda segmenten är lika med noll, all energi omvandlas enligt Joule-Lenz-lagen till värme som genereras i den förtjockade koppartråden.
Vad är Leiden-krukor?
Den första elektriska kondensatorn som skapades av den nederländska forskaren Pieter van Muschenbroek var Leidenburken. Den uppfunna kondensorn har formen av en cylinder med en bred eller medelstor hals med varierande diameter. Leidenburken är tillverkad av glas. Den är invändigt och utvändigt fodrad med en speciell plåt. Produkten täcks med ett lock av trä. Uppfinningens huvudfunktion är att ackumulera och lagra stora laddningar.
Skapandet av en sådan burk stimulerades av en omfattande studie av elektricitet, dess allmänna utbredningshastighet och egenskaperna hos olika materials elektriska ledningsförmåga. Det var första gången som en elektrisk gnista kunde produceras artificiellt. Numera används Leidenburkar endast som en integrerad del av elektroformningsmaskiner.
Hur en elektroformningsmaskin fungerar
Energin för byte av märken tas från operatörens kraft. Redan mellan utjämnarna och borstarna rör sig skivorna med ömsesidig avstötning mot varandra. Antalet varv per minut spelar också en roll. Laddningstätheten ökar. Den starkaste laddningen från de motsatta skivorna trycker restprodukten genom koppartrådsdelarna. Från detta kommer energin som räcker för att ändra tecknet.
Genom att öka yttätheten avlägsnas laddningen i enheten. Vid en punkt lagras energi i Leidenburken och en annan punkt används för att ändra tecknet. Induktionsneutraliserare är praktiskt taget omöjliga att skilja från varandra. Båda har en gemensam energineutraliserande funktion. Allmänna kretsar:
- Det finns två typer av kondensatorer i en konstruktion: Leydenburkar där laddningen lagras och en kombination av ett segment av båda skivorna med ett dielektrikum och ett aluminiumhölje.
- För att minska laddningen av aluminiumsegmenten används två typer av neutraliseringsmedel. Den första används för att ändra tecknet eller polariseringen och den andra för att ladda Leidenburken.
All energi kommer inte från friktion mellan aluminium och koppar eller från elektrifiering av luften. Den skapas genom att kondensatorer fylls med skivans vridningskraft. Alla processer utförs genom att dramatiskt öka ytladdningstätheten vid extraktionspunkterna.
Tillämpningar av elektroformningsmaskinen
Sedan 1970-talet har Wimshurst-maskinen inte använts för direkt utvinning av elektrisk energi. I dag fungerar det som en historisk utställning som illustrerar historien och utvecklingen av vetenskapliga och tekniska framsteg och tekniska idéer. En laboratoriedemonstration av vad en elektroformningsmaskin är gjord för visar de olika fenomenen och effekterna av elektricitet.
Det är acceptabelt att använda induktionsneutraliserare som tar bort laddningar från flytande dielektriska material som olja. Det är farligt att få en gnista i luften i en produktionsanläggning, det kan leda till skadliga effekter, rök och till och med en explosion.
Historien om upptäckter och forskning på elområdet är nära förknippad med användningen av olika konstruktioner och anordningar för att producera elektriska laddningar. Elektroformningsmaskinen, vars funktion bygger på att elektricitet stimuleras genom induktion, har spelat sin roll i den vetenskapliga forskningen.
Relaterade artiklar:
