Wimshurst-generaattori tai elektroforikone on sähköstaattinen induktiolaite, joka on suunniteltu jatkuvaksi sähköenergian lähteeksi. 2000-luvulla sitä käytetään aputekniikana erilaisiin sähköisiin vaikutuksiin ja ilmiöihin liittyvien fyysisten kokeiden demonstroinnissa.
Sisältö
Hieman keksinnön historiasta
Vuonna 1865 saksalainen kokeellinen fyysikko August Tepler kehitti lopulliset piirustukset elektroforikoneesta. Samaan aikaan saksalainen tiedemies Wilhelm Holz teki toisen itsenäisen löydön tällaisesta yksiköstä. Laitteen tärkein ero oli kyky saada suurempi teho ja potentiaaliero. Holtzia pidetään tasavirran lähteen luojana.
Englannin James Wimshurst paransi elektroforikoneen yksinkertaista alkuperäistä rakennetta vuonna 1883.Sen muunnelmaa käytetään kaikissa fysikaalisissa laboratorioissa kokeiden visuaaliseen esittelyyn.
Elektroforikoneen suunnittelu
2 koaksiaalilevyä pyörii toisiaan vasten kantaen samalla yksinkertaisimpia alumiinisektoreiden kondensaattoreita. Satunnaisten prosessien vuoksi ensisijaisella hetkellä yhden segmentin paikalle muodostuu varaus. Ilmiön aiheuttaa kitkaprosessi ilmaa vastaan. Suunnittelun symmetrian vuoksi on mahdotonta ennustaa lopullista merkkiä etukäteen.
Suunnittelussa on käytetty 2 Leyden-purkkia. Ne luovat yhden järjestelmän sarjaan kytketyistä kondensaattoreista. Tämä kaksinkertaistaa kunkin säiliön käyttöjännitetarpeen. On tarpeen valita samat arvot, tämä on avain käyttöjännitteen tasaiseen jakautumiseen.
Induktiiviset neutralisaattorit on suunniteltu vähentämään jännitettä. Koko rakenne muistuttaa metallikampaa, joka leijuu jollain etäisyydellä levyn yläpuolella. Molemmat levyt, joilla on vastaavat ulkopinnan merkit, tulevat varauksenpoistokohtaan. Neutralointiaineet on yhdistetty. Purkamisen jälkeen segmenttien varaus vähenee huomattavasti. Lisämalleissa harja koskettaa helposti levyn reunaa.
Kuljettaja saattaa sähkökäytön teholla tai omalla kädellä väkisin yhteen järjestelmän hylkivät elementit. Toistensa kanssa vuorovaikutuksessa olevat maksut yrittävät rauhoittua niin pitkälle kuin mahdollista. Prosessi myötävaikuttaa pintavarauksen tiheyden voimakkaaseen kasvuun kaikissa poistopisteissä.
Sähkö kerätään Leidenin purkkeihin neutralointiaineiden harjalta. Jännite nousee nopeasti.2 elektrodiin kiinnitetty kipinäväli auttaa välttämään järjestelmän vikoja. On mahdollista saada eri vahvuus kaari säätämällä niiden välistä etäisyyttä. On olemassa suhde: mitä voimakkaampi kenttävoimakkuus kahden kipinävälin välillä on, sitä äänekkäämpi vaikutus seuraa Leidenin purkkien tyhjennysprosessia.
Segmentit pysyvät tyhjinä varauksen poistokohdan jälkeen. Myöhemmin asennetaan potentiaalintasaajat tai neutraloijat toimintaperiaatteen mukaisesti. Levyn jokainen vastakkainen puoli on jo antanut latauksen eri harjoille. Noutopisteen läpikulun hetkellä ja sen jälkeen jäännösvarausmerkit ovat erilaiset.
Paksun kuparilangan pala, jossa ohuimpien lankojen harjat leijuvat matalalla tai hankaavia segmenttejä, auttaa sulkemaan nämä vastakohdat. Tulos - molempien segmenttien varaukset ovat nolla, kaikki energia muunnetaan Joule-Lenzin lain mukaan lämmöksi, joka syntyy paksunnetussa kupariytimessä.
Mitkä ovat Leidenin pankit
Ensimmäinen hollantilaisten tiedemiesten Pieter van Muschenbroekin luoma sähkökondensaattori oli Leydenin purkki. Keksityllä kondensaattorilla on sylinterin muotoinen leveä tai keskipitkä kaula, jolla on eri halkaisijat. Leyden-purkki on valmistettu lasista. Se liimataan sisältä ja ulkoa erityisellä peltilevyllä. Tuote on peitetty puisella kannella. Keksinnön päätehtävänä on suurten varausten kerääminen ja varastointi.
Tällaisen pankin luomista kannusti sähkön laaja tutkimus, sen jakautumisen yleinen nopeus sekä eri materiaalien sähkönjohtavuusominaisuudet. Hänen ansiostaan oli ensimmäistä kertaa mahdollista tuottaa sähkökipinä keinotekoisesti.Nyt Leiden-tölkkejä käytetään vain osana elektroforilaitteita.
Mikä on elektroforikoneen toimintaperiaate
Kuljettajan voimasta otetaan energiaa merkkien vaihtamiseen. Jo taajuuskorjainten ja harjojen välissä kiekot liikkuvat toisiaan vasten molemminpuolisesti hylkivästi. Kierrosten määrällä minuutissa on merkitystä. Lisääntynyt lataustiheys. Vastakkaisten kiekkojen vahvin varaus työntää jäännökset kuparilangan pituuksien läpi. Tästä seuraa merkin vaihtamiseen riittävä energia.
Pintatiheyttä lisäämällä varaus poistetaan laitteesta. Yhdessä pisteessä tehdään energiavarantoja Leidenin pankissa, toinen paikka palvelee kyltin vaihtamista. Induktioneutraaleissa ei käytännössä ole eroja. Molemmilla on yhteinen tehtävä energian neutraloimiseksi. Yleinen kaava:
- Suunnittelussa on 2 tyyppiä kondensaattoreita: Leiden-pankit, joihin varaus kerääntyy, ja molempien levyjen segmentin yhdistelmä dielektrisellä ja alumiinivuorella.
- On olemassa 2 tyyppiä neutraloijia, jotka vähentävät alumiinisegmenttien varausta. Ensimmäistä käytetään etumerkin tai polarisaation vaihtamiseen, toista Leyden-purkin lataamiseen.
Kaikki energia ei tule alumiinin ja kuparin kitkasta tai ilman sähköistymisestä. Se syntyy täyttämällä kondensaattorit väkisin levyn vääntövoimalla. Kaikki prosessit suoritetaan johtuen pintavarauksen tiheyden jyrkästä kasvusta poistopisteissä.
Elektroforikoneen käyttö
70-luvulta. Wimshurst-konetta ei käytetä suoraan sähköenergian tuotantoon.Nykyään se toimii historiallisena näyttelynä, joka havainnollistaa tieteellisen ja teknologisen kehityksen ja tekniikan syntymisen ja kehityksen historiaa. Laboratorioesitys, jota varten luodaan elektroforikone, esittelee sähkön eri ilmiöitä ja vaikutuksia.
On hyväksyttävää käyttää induktioneutralisoijia, jotka poistavat varauksia nestemäisistä eristeistä, kuten öljystä. On vaarallista saada kipinää ilmaan missä tahansa tuotannossa, se voi aiheuttaa tuhoisia seurauksia, savua ja jopa räjähdyksen.
Sähköalan löytöjen ja tutkimuksen historia liittyy läheisesti erilaisten rakenteiden ja laitteiden käyttöön sähkövarausten saamiseksi. Tieteellisessä tutkimuksessa roolinsa näytteli elektroforikone, jonka toiminta perustuu induktion aiheuttamaan sähkön virittymiseen.
Samanlaisia artikkeleita:
