Det Wimshurst maskine Det er en elektrostatisk generator med høj spænding, lav strømstyrke, der er i stand til at producere statisk elektricitet ved adskillelse af ladninger takket være drejningen af en krumtap. På den anden side er aktuelt anvendte generatorer som batterier, generatorer og dynamoer snarere kilder til elektromotorisk kraft, som forårsager bevægelser af ladninger i et lukket kredsløb..
Wimshurst-maskinen blev udviklet af den britiske ingeniør og opfinder James Wimshurst (1832-1903) mellem 1880 og 1883 og forbedrede versioner af elektrostatiske generatorer foreslået af andre opfindere..
Det skiller sig ud fra tidligere elektrostatiske maskiner på grund af pålidelig, reproducerbar drift og enkel konstruktion, der er i stand til at generere en svimlende potentialeforskel på mellem 90.000 og 100.000 volt.
Artikelindeks
Maskinens bund er de to karakteristiske skiver med isolerende materiale med tynde metalplader fastgjort og arrangeret i form af radiale sektorer..
Hver metalsektor har en anden diametralt modsat og symmetrisk. Skiverne er normalt mellem 30 og 40 cm i diameter, men kan også være meget større.
Begge skiver er monteret i lodret plan og adskilles med en afstand på mellem 1 og 5 mm. Det er vigtigt, at diskene aldrig rører ved centrifugering. Skiverne drejes i modsatte retninger ved hjælp af en remskive-mekanisme.
Wimshurst-maskinen har to metalstænger parallelt med rotationsplanet for hver disk: en mod ydersiden af den første disk og den anden mod ydersiden af den anden disk. Disse stænger krydser hinanden i en vinkel.
Enderne af hver stang har metalbørster, der kommer i kontakt med de modsatte metalsektorer på hver skive. De er kendt som neutraliseringsstænger, med god grund at blive set snart..
Børsterne holder sig i elektrisk (metallisk) kontakt med sektoren af skiven, der berører den ene ende af stangen, med den diametralt modsatte sektor. Den samme ting sker på det andet album.
Børsterne og sektorerne på skiven er lavet af forskellige metaller, næsten altid kobber eller bronze, mens skiverne er lavet af aluminium.
Den flygtige kontakt mellem dem, mens skiverne roterer og den efterfølgende adskillelse, skaber muligheden for at udveksle ladninger gennem vedhæftning. Dette er den triboelektriske effekt, som f.eks. Også kan forekomme mellem et stykke rav og en uldklud.
Et par U-formede metalsamlere (kamme) tilføjes til maskinen og afsluttes i metalstifter eller -stifter, der er placeret i modsatte positioner..
Sektorerne på begge skiver passerer gennem den indvendige del af U-samleren uden at røre ved den. Samlerne er monteret på en isolerende bund og er igen forbundet med to andre metalstænger, der ender i kugler, tæt men ikke berører..
Når mekanisk energi tilføres maskinen ved hjælp af krumtappen, frembringer børstens friktion den triboelektriske effekt, der adskiller ladningerne, hvorefter de elektroner, der allerede er adskilt, fanges af samlerne og opbevares i to enheder kaldet flasker Leyden.
Leyden-flasken eller kanden er en kondensator med cylindriske metalrammer. Hver flaske er forbundet med den anden ved hjælp af den centrale plade og danner to kondensatorer i serie.
Drejning af håndtaget frembringer så stor forskel i elektrisk potentiale mellem kuglerne, at luften mellem dem ioniserer, og en gnist springer. Den komplette enhed kan ses på billedet ovenfor.
I Wimshurst-maskinen kommer elektricitet ud af stof, der består af atomer. Og disse består igen af elektriske ladninger: negative elektroner og positive protoner..
I atomet komprimeres de positivt ladede protoner i centrum eller kernen og de negativt ladede elektroner omkring dens kerne..
Når et materiale mister nogle af sine yderste elektroner, bliver det positivt ladet. Omvendt, hvis du fanger nogle elektroner, får du en netto negativ ladning. Når antallet af protoner og elektroner er ens, er materialet neutralt.
I isoleringsmaterialer forbliver elektroner omkring deres kerner uden evnen til at afvige for langt. Men i metaller er kernerne så tæt på hinanden, at de yderste elektroner (eller valens) kan hoppe fra et atom til et andet og bevæge sig gennem det ledende materiale..
Hvis en negativt ladet genstand nærmer sig en af ansigterne på en metalplade, bevæger metallets elektroner sig væk ved elektrostatisk frastødning, i dette tilfælde til det modsatte ansigt. Pladen siges derefter at være blevet polariseret.
Hvis denne polariserede plade nu er forbundet med en leder (neutraliserende stænger) på den negative side til en anden plade, vil elektronerne bevæge sig til denne anden plade. Hvis forbindelsen pludselig afbrydes, er den anden plade negativt ladet.
For at Wimshurst-maskinen skal starte, skal en af metalsektorerne på disken have en belastningsubalance. Dette forekommer naturligt og ofte, især når der er lidt fugtighed..
Når skiverne begynder at rotere, vil der være et tidspunkt, hvor en neutral sektor af den modsatte skive modsætter sig den belastede sektor. Dette fremkalder en ladning af samme størrelse og modsat retning takket være børsterne, da elektronerne bevæger sig væk eller tættere i henhold til tegnet på sektoren, der vender mod hinanden..
De U-formede samlere er ansvarlige for at opkræve opladningen, når diskene afviser hinanden, fordi de opkræves med afgifter af det samme tegn, som vist på figuren, og opbevarer opladningen i Leyden-flaskerne, der er forbundet med dem..
For at opnå dette stikker toppe som kamme i den indre del af U rettet mod de ydre sider på hver disk, men uden at røre ved dem. Ideen er, at positiv ladning koncentreres ved spidserne, så elektronerne, der udvises fra sektorerne, tiltrækkes og akkumuleres i flaskernes centrale plade..
På denne måde mister sektoren, der vender mod samleren, alle sine elektroner og forbliver neutral, mens den centrale plade på Leyden er negativt ladet..
I den modsatte kollektor sker det modsatte, samleren leverer elektroner til den positive plade, der vender mod den, indtil den neutraliseres, og processen gentages kontinuerligt.
Hovedapplikationen til Wimshurst-maskinen er at få elektricitet fra hvert tegn. Men det har den ulempe, at det leverer en ret uregelmæssig spænding, da det afhænger af den mekaniske aktivering.
Neutraliseringsbjælkernes vinkel kan varieres for at indstille enten høj udgangsstrøm eller høj udgangsspænding. Hvis neutralisatorerne er langt fra samlerne, leverer maskinen en høj spænding (op til mere end 100 kV).
På den anden side, hvis de er tæt på samlerne, falder udgangsspændingen, og udgangsstrømmen øges og er i stand til at nå op til 10 mikroampere ved normale rotationshastigheder..
Når den akkumulerede ladning når en høj nok værdi, produceres der et højt elektrisk felt i de kugler, der er forbundet med Leydens centrale plader..
Dette felt ioniserer luften og producerer gnisten, aflader flaskerne og giver anledning til en ny opladningscyklus..
Virkningerne af det elektrostatiske felt kan forstås ved at placere et kartonark mellem kuglerne og observere, at gnisterne danner huller i det..
Til dette eksperiment har du brug for: et pendul lavet af en bordtenniskugle dækket med aluminiumsfolie og to L-formede metalplader.
Kuglen hænges i midten af de to ark ved hjælp af en isolerende ledning. Hvert ark er forbundet med elektroderne i Wimshurst-maskinen ved hjælp af kabler med klemmer.
Når krumtappen drejes, vil den oprindeligt neutrale kugle svinge mellem lamellerne. En af dem vil have overskydende negativ ladning, der vil give bolden, som vil blive tiltrukket af det positive ark.
Bolden deponerer sine overskydende elektroner på dette ark, den neutraliseres kortvarigt, og cyklussen gentages igen, så længe krumtappen fortsætter med at dreje..
Endnu ingen kommentarer