Wimshursst History, ako to funguje a aplikácie

Ten Stroj Wimshurst Je to elektrostatický generátor s vysokým napätím a nízkym amperage, ktorý je schopný vyrábať statickú elektrinu separáciou zaťaženia, vďaka rotácii kľuky. Na druhej strane, generátory, ktoré sa v súčasnosti používajú, ako sú batérie, alternátory a dynamos, sú skôr zdrojmi elektromotorickej sily, ktoré spôsobujú pohyby zaťaženia v uzavretom obvode.

Stroj Wimshursst bol vyvinutý britským inžinierom a vynálezcom Jamesom Wimshurstom (1832-1903) v rokoch 1880 až 1883, čím sa zlepšili verzie elektrostatických generátorov, ktoré navrhli ostatní vynálezcovia iní vynálezcovia.

Stroj Wimshurst. Zdroj: Andy Dingley (Scanner) [verejná doména]

Vyniká predchádzajúcimi elektrostatickými strojmi pre svoju spoľahlivú, reprodukovateľnú prevádzku a jednoduchú konštrukciu, ktorá je schopná generovať úžasný potenciálny rozdiel medzi 90.000 a 100.000 voltov.

[TOC]

Časti stroja Wimshurst

Základom stroja sú dva charakteristické disky izolačného materiálu, s tenkými kovovými plachtami pripevnenými a usporiadanými vo forme radiálnych sektorov.

Každý kovový sektor má ďalší diametrálne opačný a symetrický. Disky majú zvyčajne priemer medzi 30 a 40 cm, ale môžu byť tiež oveľa staršie.

Oba albumy sú namontované na zvislej rovine a vzdialenosť od 1 do 5 mm je oddelená. Je dôležité, aby sa počas prehliadky nikdy nedotkli záznamov. Disky sú otočené v opačných zmysloch pomocou kladky mechanizmu.  

Stroj Wimshurst má dve kovové tyče rovnobežné s rotačnou rovinou každého albumu: jedna na vonkajšiu stranu prvého albumu a druhá smerom k vonkajšej strane druhého albumu. Tieto tyče sú určené pod uhlom vzhľadom na druhú.

Konce každej tyče majú kovové metly, ktoré vytvárajú kontakt s opačnými kovovými sektormi na každom disku. Sú známe ako neutralizujúce bary, z dobrého dôvodu, ktorý sa čoskoro uvidí.

Kefy udržiavajú sektor disku, ktorý sa dotýka na jednom konci tyče, s diametrálne opačným elektrickým kontaktom, s diametrálne oproti. To isté sa deje v druhom albume.

Triboelektrický účinok

Sektory metly a diskov sú vyrobené z rôznych kovov, takmer vždy medi alebo bronzu, zatiaľ čo hliníkové disky sú vyrobené z hliníka.

Môže vám slúžiť: Rýchlosť šírenia vlny

Prútený kontakt medzi nimi, zatiaľ čo disky sa otáčajú a následné oddelenie, vytvára možnosť výmeny zaťaženia prostredníctvom adhézie. Toto je triboelektrický efekt, ktorý sa môže vyskytnúť aj medzi kusom jantáru a vlnenej handričky.

Stroj sa pridá do stroja (hrebene) kovové v tvare u -tvare a končí v špičkách alebo kovových hrotoch, ktoré sa nachádzajú v opačných polohách.

Sektory oboch albumov prechádzajú z vnútornej časti zberateľa bez toho, aby sa ho dotkli.  Zberatelia sú namontovaní na izolačnú základňu a sú zase spojené s ďalšími dvoma kovovými tyčami dokončenými v sférach, ale buď sa hrajú.

Ak je stroj na stroj zabezpečený pomocou kľuky, rubb leyden.

Fľaša alebo džbán z Leydenu je kondenzátor s valcovým kovovým brnením. Každá fľaša je spojená s druhou centrálnou doskou a vytvára dva kondenzátor v sérii.

Keď sa kľuka otočí, existuje taký vysoký rozdiel medzi elektrickým potenciálom medzi sférami, že vzduch medzi nimi je ionizovaný a skočí iskru. Kompletné zariadenie je možné vidieť na obrázku vyššie.

Zapojené fyzické princípy

V stroji Wimshursst vychádza elektrina, ktorá sa skladá z atómov. A tieto sú zase tvorené elektrickými nábojmi: negatívnymi elektrónmi a pozitívnymi protónmi.

V atóme sú kladné protóny zaťažené v strede alebo jadre a elektróny záporného zaťaženia okolo svojho jadra.

Keď materiál stratí niektoré z najvzdialenejších elektrónov, je pozitívne nabitý. Naopak, ak zachytíte niektoré elektróny, dostanete záporné čisté zaťaženie. Ak je množstvo protónov a elektrónov rovnaké, materiál je neutrálny.

Môže vám slúžiť: Aerostatický balón: História, vlastnosti, časti, ako to funguje

V izolačných materiáloch elektróny zostávajú okolo svojich jadier bez možnosti dostať sa príliš ďaleko. Ale v kovoch sú jadrá tak blízko k sebe, že najvzdialenejšie elektróny (alebo valencia) môžu skočiť z jedného atómu na druhý a pohybovať sa po vodivom materiáli.

Ak sa jedna z tvárí kovovej doštičky priblíži k negatívne zaťaženiu, potom sa elektróny kovu vzdialia elektrostatickým odporom, v tomto prípade na opačnú tvár. Potom sa hovorí, že tanier bol polarizovaný. 

Teraz, ak je tento polarizovaný plak spojený vodičom (neutralizačné tyče) jeho negatívnou tvárou k inej doske, elektróny by sa presunuli na túto druhú dosku. Ak je spojenie náhle odrezané, druhá doska je negatívne nabitá.

Cyklus zaťaženia

Aby začal stroj Wimshurst, je potrebné, aby niektoré z kovových sektorov disku mali nerovnováhu zaťaženia. Stáva sa to prirodzene a často, najmä ak existuje malá vlhkosť životného prostredia.

Keď sa disky začnú otáčať, bude čas, keď neutrálny sektor opačného disku je proti naloženému sektoru. To vyvoláva bremeno rovnakej veľkosti a opačným smerom vďaka kefám, pretože elektróny sa mobilizujú odchodom alebo blížiacim sa, podľa znaku odvetvia tváre.

Schéma stroja Wimshurst. Zdroj: Robertkuhlmann [verejná doména]

Zberatelia tvare u sú zodpovední za zhromažďovanie zaťaženia, keď sa disky odpudzujú.

Aby sme to dosiahli, v vnútornej časti U stojí vrcholy, ktoré sa rozčúlili smerom k vonkajším tváram každého albumu, ale bez toho, aby sa ich dotkli. Ide o to, že na špičkách je pozitívne zaťaženie koncentrované, takže elektróny vylúčené zo sektorov sú priťahované a hromadené v centrálnej doske fliaš.

Týmto spôsobom tento sektor čelí zberateľovi stráca všetky svoje elektróny a je neutrálny, zatiaľ čo centrálna doska Leydenu je negatívne.

Môže vám slúžiť: Light Rafrakt: prvky, zákony a experimenty

V opačnom kolektore, opačné prechody, kolektor dodáva elektróny na kladnú dosku, ktorá je otočená, až kým nebude neutralizovaná a proces sa opakovane opakuje.

Aplikácie a experimenty

Hlavnou aplikáciou stroja Wimshursst je získať elektrinu z každého znaku. Má však nepríjemnosti, že poskytuje skôr nepravidelné napätie, pretože závisí od mechanického pôsobenia.

Uhol neutralizačnej lišty sa môže meniť na konfiguráciu pri vysokom výstupnom prúde alebo pri vysokom výstupnom napätí. Ak sú neutralizátory ďaleko od zberateľov, stroj dodáva vysoké napätie (až viac ako 100 kV).

Na druhej strane, ak sú blízko kolektorov, výstupné napätie sa znižuje a zvyšuje sa výstupný prúd, pričom pri normálnych rýchlostiach rotácie je schopný dosiahnuť až 10 mikrochampiónov pri normálnych rýchlostiach rotácie.

Keď akumulované zaťaženie dosiahne dostatočne vysokú hodnotu, v guľkách je pripojené k centrálnym doskám dendenu vysoké elektrické pole pripojené k centrálnym doskám Denden. 

Tento poľný ionizuje vzduch a vytvára iskru, sťahuje fľaše a vedie k novému zaťaženiu cyklu.

Experiment 1

Účinky elektrostatického poľa je možné vidieť umiestnením lepenky medzi sféry a pozorovaním, že iskry v ňom vyrábajú diery.

Experiment 2

Pre tento experiment je potrebný: kyvadlo vyrobené z ping gule pokrytej hliníkovou fóliou a dvoma kovovými listami vo forme L -theped.

Lopta je obesená uprostred oboch listov pomocou izolačného vlákna. Každý hárok sa pripája k elektródam stroja Wimshursst prostredníctvom káblových káblov.

Pri otáčaní kľuky bude pôvodne neutrálna lopta siahať medzi plachtami. Jeden z nich bude mať nadmerné záporné zaťaženie, ktoré sa podarí loptičke, ktorá bude priťahovaná k pozitívnemu plachtu.

Lopta vloží svoje prebytočné elektróny v tomto liste, bude krátko neutralizovaná a cyklus sa znova opakuje, zatiaľ čo kľuka sa stále otáča.

Odkazy

1. Queiroz, do. Elektrostatické stroje. Získané z: Coe.Ufrj.Br
2. Gacanovic, Myco. 2010. Zásady elektrostatickej aplikácie. Získané z: Orbus.Byť