Wimshurst-generator of elektrofoormachine is een inductie-elektrostatisch apparaat dat is ontworpen als een continue bron van elektrische energie. In de 21e eeuw wordt het gebruikt als een hulptechniek voor het demonstreren van fysieke experimenten met betrekking tot verschillende elektrische effecten en verschijnselen.
Inhoud
Een stukje geschiedenis van de uitvinding
In 1865 ontwikkelde de experimentele natuurkundige uit Duitsland, August Tepler, de laatste tekeningen van de elektrofoormachine. Tegelijkertijd werd de tweede onafhankelijke ontdekking van een dergelijke eenheid gedaan door de Duitse wetenschapper Wilhelm Holz. Het belangrijkste verschil van het apparaat was de mogelijkheid om meer vermogen en potentiaalverschil te verkrijgen. Holtz wordt beschouwd als de maker van een bron van gelijkstroom.
Het eenvoudige oorspronkelijke ontwerp van de elektrofoormachine werd in 1883 verbeterd door James Wimshurst uit Engeland.De modificatie ervan wordt gebruikt in alle fysieke laboratoria voor een visuele demonstratie van experimenten.
Het ontwerp van de elektrofoormachine:
2 coaxiale schijven draaien tegen elkaar, terwijl ze de eenvoudigste condensatoren uit aluminiumsectoren dragen. Door willekeurige processen wordt op het primaire moment een lading gevormd op de plaats van een van de segmenten. Het fenomeen wordt veroorzaakt door het proces van wrijving met lucht. Door de symmetrie van het ontwerp is het onmogelijk om vooraf het uiteindelijke teken te voorspellen.
Het ontwerp maakt gebruik van 2 Leidse potten. Ze creëren een enkel systeem van in serie geschakelde condensatoren. Dit heeft het effect van een verdubbeling van de bedrijfsspanningsvereisten in elke tank. Het is noodzakelijk om dezelfde classificaties te selecteren, dit is de sleutel tot een uniforme verdeling van de bedrijfsspanning.
Inductieve neutralisatoren zijn ontworpen om spanning te ontlasten. De hele structuur lijkt op een metalen kam die op enige afstand boven de schijf zweeft. Beide schijven met gelijkwaardige tekens van het buitenoppervlak komen naar het punt voor het verwijderen van de lading. Neutralisatoren zijn gekoppeld. Na het lossen wordt de lading van de segmenten sterk verminderd. In andere uitvoeringen komt de borstel gemakkelijk in contact met de rand van de schijf.
De machinist brengt, met behulp van de kracht van de elektrische aandrijving of zijn eigen hand, de weerzinwekkende elementen van het systeem met geweld samen. De ladingen die met elkaar in wisselwerking staan, proberen zoveel mogelijk tot rust te komen. Het proces draagt bij aan een sterke toename van de oppervlakteladingsdichtheid op alle verwijderingspunten.
Elektriciteit wordt opgevangen in Leidse potten uit de toppen van neutralisatoren. Er is een snelle stijging van de spanning.Een vonkbrug bevestigd aan 2 elektroden helpt uitval van het systeem te voorkomen. Het is mogelijk om een boog van verschillende sterkte te verkrijgen door de afstand ertussen aan te passen. Er is een relatie: hoe sterker de veldsterkte tussen de 2 vonkenbruggen, hoe luidruchtiger het effect bij het legen van de Leidse potten.
De segmenten blijven leeg voorbij het oplaadpunt. Stroomafwaarts worden potentiaalvereffenaars of neutralisatoren geïnstalleerd volgens het werkingsprincipe. Elke tegenoverliggende zijde van de schijf heeft al verschillende borstels opgeladen. Op het moment van passeren van het ophaalpunt en daarna zijn de restladingsborden anders.
Een stuk dik koperdraad met borstels van de dunste draden die op een lage hoogte zweven of over segmenten wrijven, draagt bij aan het sluiten van deze tegenstellingen. Het resultaat - de ladingen op beide segmenten zijn gelijk aan nul, alle energie wordt omgezet volgens de Joule-Lenz-wet in warmte die wordt gegenereerd op de verdikte koperen kern.
Wat zijn oevers van Leiden
De eerste elektrische condensator gemaakt door de Nederlandse wetenschappers Pieter van Muschenbroek was een Leidse pot. De uitgevonden condensator heeft de vorm van een cilinder met een brede of middelgrote hals van verschillende diameters. De Leidse pot is gemaakt van glas. Van binnen en van buiten wordt het beplakt met speciaal plaatblik. Het product is afgedekt met een houten deksel. De hoofdfunctie van de uitvinding is de accumulatie en opslag van grote ladingen.
De oprichting van een dergelijke bank werd gestimuleerd door een brede studie van elektriciteit, de algemene snelheid van de distributie ervan, evenals de elektrische geleidbaarheidseigenschappen van verschillende materialen. Dankzij haar was het voor het eerst mogelijk om kunstmatig een elektrische vonk te produceren.Nu worden Leidse blikken alleen gebruikt als integraal onderdeel van elektroforesemachines.
Wat is het werkingsprincipe van de elektrofoormachine?
Uit de kracht van de operator wordt energie gehaald om borden te veranderen. Al tussen equalizers en brushes bewegen de schijven met wederzijdse afstoting naar elkaar toe. Het aantal omwentelingen per minuut speelt een rol. Verhoogde ladingsdichtheid. De sterkste lading van de tegenoverliggende schijven duwt de resten door de lengtes van koperdraad. Hieruit volgt de energie die voldoende is om het teken te veranderen.
Door de oppervlaktedichtheid te vergroten, wordt de lading van het apparaat verwijderd. Op een enkel punt worden energiereserves gemaakt in de Leidse bank, een andere plaats dient om het bord te veranderen. Inductieneutralisatoren hebben praktisch geen verschillen. Ze vervullen allebei een gemeenschappelijke functie van het neutraliseren van energie. Algemeen schema:
- Er zijn 2 soorten condensatoren in het ontwerp: Leidse banken waar de lading zich ophoopt, en een combinatie van een segment van beide schijven met een diëlektricum en een aluminium voering.
- Er zijn 2 soorten neutralisatoren die de lading van aluminium segmenten verminderen. De eerste wordt gebruikt om het teken of de polarisatie te veranderen, de tweede om de Leidse pot op te laden.
Alle energie komt niet van de wrijving van aluminium en koper of de elektrificatie van lucht. Het wordt gemaakt door de condensatoren met kracht te vullen met de torsiekracht van de schijf. Alle processen worden uitgevoerd vanwege een sterke toename van de oppervlakteladingsdichtheid op de verwijderingspunten.
Toepassing van elektrofoormachine:
Uit de jaren 70. de Wimshurst-machine wordt niet gebruikt voor de directe productie van elektrische energie.Tegenwoordig fungeert het als een historische tentoonstelling die de geschiedenis van de opkomst en ontwikkeling van wetenschappelijke en technologische vooruitgang en engineering illustreert. Een laboratoriumdemonstratie, waarvoor een elektrofoormachine wordt gemaakt, toont de verschillende verschijnselen en effecten van elektriciteit.
Het is acceptabel om inductieneutralisatoren te gebruiken, die ladingen verwijderen uit vloeibare diëlektrica, zoals olie. Het is gevaarlijk om bij elke productie een vonk in de lucht te krijgen, dit kan leiden tot desastreuze gevolgen, rookontwikkeling en zelfs een explosie.
De geschiedenis van ontdekkingen en onderzoek op het gebied van elektriciteit hangt nauw samen met het gebruik van verschillende structuren en apparaten voor het verkrijgen van elektrische ladingen. De elektrofoormachine speelde zijn rol in wetenschappelijk onderzoek, waarvan de werking gebaseerd is op de excitatie van elektriciteit door inductie.
Vergelijkbare artikelen:
