Η γεννήτρια Wimshurst ή η μηχανή ηλεκτροφόρου είναι μια επαγωγική ηλεκτροστατική συσκευή σχεδιασμένη ως συνεχής πηγή ηλεκτρικής ενέργειας. Στον 21ο αιώνα, χρησιμοποιείται ως βοηθητική τεχνική για την επίδειξη φυσικών πειραμάτων που σχετίζονται με διάφορα ηλεκτρικά φαινόμενα και φαινόμενα.
Περιεχόμενο
Λίγο από την ιστορία της εφεύρεσης
Το 1865, ο πειραματικός φυσικός από τη Γερμανία, August Tepler, ανέπτυξε τα τελικά σχέδια της μηχανής ηλεκτροφόρου. Ταυτόχρονα, η δεύτερη ανεξάρτητη ανακάλυψη μιας τέτοιας μονάδας έγινε από τον Γερμανό επιστήμονα Wilhelm Holz. Η κύρια διαφορά της συσκευής ήταν η δυνατότητα απόκτησης μεγαλύτερης ισχύος και διαφοράς δυναμικού. Ο Χολτς θεωρείται ο δημιουργός μιας πηγής συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος.
Ο απλός αρχικός σχεδιασμός της μηχανής ηλεκτροφόρου βελτιώθηκε το 1883 από τον James Wimshurst της Αγγλίας.Η τροποποίησή του χρησιμοποιείται σε όλα τα φυσικά εργαστήρια για οπτική επίδειξη πειραμάτων.
Ο σχεδιασμός της μηχανής ηλεκτροφόρου
2 ομοαξονικοί δίσκοι περιστρέφονται μεταξύ τους, ενώ φέρουν τους απλούστερους πυκνωτές από τομείς αλουμινίου. Λόγω τυχαίων διεργασιών, στην κύρια στιγμή, σχηματίζεται ένα φορτίο στη θέση ενός από τα τμήματα. Το φαινόμενο προκαλείται από τη διαδικασία της τριβής έναντι του αέρα. Λόγω της συμμετρίας του σχεδίου, είναι αδύνατο να προβλεφθεί εκ των προτέρων το τελικό πρόσημο.
Το σχέδιο χρησιμοποιεί 2 βάζα Leyden. Δημιουργούν ένα ενιαίο σύστημα από πυκνωτές συνδεδεμένους σε σειρά. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να διπλασιάζονται οι απαιτήσεις τάσης λειτουργίας σε κάθε δεξαμενή. Είναι απαραίτητο να επιλέξετε τις ίδιες τιμές, αυτό είναι το κλειδί για μια ομοιόμορφη κατανομή της τάσης λειτουργίας.
Οι επαγωγικοί εξουδετερωτές έχουν σχεδιαστεί για να ανακουφίζουν την τάση. Η όλη δομή μοιάζει με μεταλλική χτένα που αιωρείται σε κάποια απόσταση πάνω από το δίσκο. Και οι δύο δίσκοι με ισοδύναμα σημάδια της εξωτερικής επιφάνειας έρχονται στο σημείο αφαίρεσης φορτίου. Οι εξουδετερωτές είναι ζευγαρωμένοι. Μετά την εκφόρτωση, η φόρτιση των τμημάτων μειώνεται σημαντικά. Σε πρόσθετα σχέδια, η βούρτσα έρχεται εύκολα σε επαφή με την άκρη του δίσκου.
Ο χειριστής, χρησιμοποιώντας τη δύναμη της ηλεκτρικής κίνησης ή το δικό του χέρι, συγκεντρώνει βίαια τα απωθητικά στοιχεία του συστήματος. Οι κατηγορίες που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους προσπαθούν να ηρεμήσουν όσο το δυνατόν περισσότερο. Η διαδικασία συμβάλλει σε μια απότομη αύξηση της πυκνότητας επιφανειακής φόρτισης σε όλα τα σημεία αφαίρεσης.
Η ηλεκτρική ενέργεια συλλέγεται σε βάζα Leiden από τις κορυφές των εξουδετερωτών. Υπάρχει μια ραγδαία αύξηση της τάσης.Ένα διάκενο σπινθήρα που συνδέεται με 2 ηλεκτρόδια βοηθά στην αποφυγή αστοχίας του συστήματος. Είναι δυνατό να αποκτήσετε ένα τόξο διαφορετικής αντοχής ρυθμίζοντας την απόσταση μεταξύ τους. Υπάρχει μια σχέση: όσο μεγαλύτερη είναι η ένταση του πεδίου μεταξύ των 2 κενών σπινθήρα, τόσο πιο θορυβώδες το αποτέλεσμα συνοδεύει τη διαδικασία εκκένωσης των βάζων Leiden.
Τα τμήματα παραμένουν άδεια μετά το σημείο αφαίρεσης φορτίου. Κατάντη, εγκαθίστανται ισοσταθμιστές ή εξουδετερωτές δυναμικού σύμφωνα με την αρχή λειτουργίας. Κάθε αντίθετη πλευρά του δίσκου έχει ήδη φορτίσει διαφορετικά πινέλα. Τη στιγμή της διέλευσης από το σημείο παραλαβής και μετά από αυτό, τα σημάδια υπολειπόμενης φόρτισης είναι διαφορετικά.
Ένα κομμάτι χοντρό σύρμα χαλκού με βούρτσες από τα λεπτότερα σύρματα που αιωρούνται σε χαμηλό ύψος ή τρίβουν τμήματα συμβάλλει στο κλείσιμο αυτών των αντιθέσεων. Το αποτέλεσμα - τα φορτία και στα δύο τμήματα είναι ίσα με μηδέν, όλη η ενέργεια μετατρέπεται σύμφωνα με το νόμο Joule-Lenz σε θερμότητα που παράγεται στον πυκνωμένο πυρήνα χαλκού.
Τι είναι οι τράπεζες του Leiden
Ο πρώτος ηλεκτρικός πυκνωτής που δημιούργησαν οι Ολλανδοί επιστήμονες Pieter van Muschenbroek ήταν ένα βάζο Leyden. Ο πυκνωτής που εφευρέθηκε έχει το σχήμα κυλίνδρου με φαρδύ ή μεσαίο λαιμό διαφορετικών διαμέτρων. Το βάζο Leyden είναι κατασκευασμένο από γυαλί. Από μέσα και έξω κολλιέται με ειδική λαμαρίνα. Το προϊόν καλύπτεται με ξύλινο καπάκι. Η κύρια λειτουργία της εφεύρεσης είναι η συσσώρευση και αποθήκευση μεγάλων φορτίων.
Η δημιουργία μιας τέτοιας τράπεζας υποκινήθηκε από μια ευρεία μελέτη του ηλεκτρισμού, της γενικής ταχύτητας διανομής του, καθώς και των ιδιοτήτων ηλεκτρικής αγωγιμότητας διαφόρων υλικών. Χάρη σε αυτήν, κατέστη δυνατή για πρώτη φορά η παραγωγή ηλεκτρικού σπινθήρα τεχνητά.Τώρα τα δοχεία Leiden χρησιμοποιούνται μόνο ως αναπόσπαστο μέρος των μηχανών ηλεκτροφόρου.
Ποια είναι η αρχή λειτουργίας της μηχανής ηλεκτροφόρου
Από τη δύναμη του χειριστή, λαμβάνεται ενέργεια για την αλλαγή πινακίδων. Ήδη ανάμεσα σε ισοσταθμιστές και πινέλα, οι δίσκοι κινούνται με αμοιβαία απώθηση ο ένας προς τον άλλο. Ο αριθμός των στροφών ανά λεπτό παίζει ρόλο. Αυξημένη πυκνότητα φορτίου. Το ισχυρότερο φορτίο των απέναντι δίσκων σπρώχνει τα υπολείμματα στα μήκη του χάλκινου σύρματος. Από αυτό προκύπτει η ενέργεια που αρκεί για να αλλάξει το πρόσημο.
Αυξάνοντας την επιφανειακή πυκνότητα, το φορτίο αφαιρείται από τη συσκευή. Σε ένα μόνο σημείο, γίνονται αποθέματα ενέργειας στην τράπεζα Leiden, ένα άλλο μέρος χρησιμεύει για την αλλαγή της πινακίδας. Οι εξουδετερωτές επαγωγής δεν έχουν ουσιαστικά διαφορές. Και οι δύο εκτελούν μια κοινή λειτουργία εξουδετέρωσης της ενέργειας. Γενικό σχήμα:
- Υπάρχουν 2 τύποι πυκνωτών στη σχεδίαση: τράπεζες Leiden όπου συσσωρεύεται το φορτίο και συνδυασμός τμήματος και των δύο δίσκων με επένδυση διηλεκτρικού και αλουμινίου.
- Υπάρχουν 2 τύποι εξουδετερωτών που μειώνουν το φορτίο των τμημάτων αλουμινίου. Το πρώτο χρησιμοποιείται για την αλλαγή της πινακίδας ή της πόλωσης, το δεύτερο για τη φόρτιση του βάζου Leyden.
Όλη η ενέργεια δεν προέρχεται από την τριβή αλουμινίου και χαλκού ή από την ηλεκτροδότηση του αέρα. Δημιουργείται με τη βίαια πλήρωση των πυκνωτών με τη δύναμη στρέψης του δίσκου. Όλες οι διεργασίες πραγματοποιούνται λόγω της απότομης αύξησης της πυκνότητας επιφανειακής φόρτισης στα σημεία αφαίρεσης.
Εφαρμογή Μηχανής Ηλεκτροφόρου
Από τη δεκαετία του '70. η μηχανή Wimshurst δεν χρησιμοποιείται για την άμεση παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.Σήμερα λειτουργεί ως ιστορικό έκθεμα που απεικονίζει την ιστορία της εμφάνισης και της ανάπτυξης της επιστημονικής και τεχνολογικής προόδου και της μηχανικής. Μια εργαστηριακή επίδειξη, για την οποία δημιουργείται μηχανή ηλεκτροφόρου, δείχνει τα διάφορα φαινόμενα και τις επιπτώσεις του ηλεκτρισμού.
Είναι αποδεκτή η χρήση επαγωγικών εξουδετερωτών, αφαιρώντας φορτία από υγρά διηλεκτρικά, όπως το λάδι. Είναι επικίνδυνο να πάρεις μια σπίθα στον αέρα σε οποιαδήποτε παραγωγή, μπορεί να οδηγήσει σε καταστροφικές συνέπειες, καπνό και ακόμη και έκρηξη.
Η ιστορία των ανακαλύψεων και της έρευνας στον τομέα της ηλεκτρικής ενέργειας συνδέεται στενά με τη χρήση διαφόρων δομών και συσκευών για την απόκτηση ηλεκτρικών φορτίων. Η μηχανή ηλεκτροφόρου έπαιξε το ρόλο της στην επιστημονική έρευνα, η δράση της οποίας βασίζεται στη διέγερση του ηλεκτρισμού λόγω επαγωγής.
Παρόμοια άρθρα:
