De Wimshurst-maskin Det är en elektrostatisk generator med hög spänning och låg strömstyrka, som kan producera statisk elektricitet genom separering av laddningar tack vare en vev. Å andra sidan är för närvarande använda generatorer som batterier, generatorer och dynamor snarare källor till elektromotorisk kraft, vilket orsakar laddningsrörelser i en sluten krets..
Wimshurst-maskinen utvecklades av den brittiska ingenjören och uppfinnaren James Wimshurst (1832-1903) mellan 1880 och 1883, vilket förbättrade versioner av elektrostatiska generatorer som föreslagits av andra uppfinnare..
Det sticker ut jämfört med tidigare elektrostatiska maskiner för sin pålitliga, reproducerbara funktion och enkla konstruktion, vilket kan generera en svindlande potentialskillnad på mellan 90 000 och 100 000 volt.
Artikelindex
Basen på maskinen är de två karakteristiska isoleringsmaterialskivorna, med tunna metallplåtar fästa och anordnade i form av radiella sektorer..
Varje metallsektor har en annan diametralt motsatt och symmetrisk. Skivorna är vanligtvis mellan 30 och 40 cm i diameter, men kan också vara mycket större.
Båda skivorna är monterade i vertikalt plan och är åtskilda med ett avstånd mellan 1 och 5 mm. Det är viktigt att skivorna aldrig vidrör under spinning. Skivorna roteras i motsatta riktningar med hjälp av en remskivmekanism.
Wimshurst-maskinen har två metallstänger parallellt med rotationsplanet för varje skiva: en mot utsidan av den första skivan och den andra mot utsidan av den andra skivan. Dessa staplar skär varandra i en vinkel i förhållande till varandra.
Ändarna på varje stång har metallborstar som kommer i kontakt med de motsatta metallsektorerna på varje skiva. De är kända som neutraliseringsstänger, med god anledning att ses snart..
Borstarna håller sig i elektrisk (metallisk) kontakt med skivans sektor som rör vid ena änden av stången, med den diametralt motsatta sektorn. Samma sak händer på det andra albumet.
Borstarna och sektorerna på skivan är gjorda av olika metaller, nästan alltid koppar eller brons, medan skivbladen är gjorda av aluminium.
Den flyktiga kontakten mellan dem medan skivorna roterar och den efterföljande separationen skapar möjligheten att byta laddningar genom vidhäftning. Detta är den triboelektriska effekten, som till exempel också kan uppstå mellan ett bärnstensbit och en yllduk.
Ett par U-formade metalluppsamlare (kammar) läggs till maskinen och avslutas i metallspikar eller spetsar, placerade i motsatta positioner..
Sektorerna för båda skivorna passerar genom den inre delen av U-samlaren utan att röra vid den. Samlarna är monterade på en isolerande bas och är i sin tur anslutna till två andra metallstänger som slutar i sfärer, nära men inte vidrörande..
När mekanisk energi tillförs maskinen med vevet, ger borstarnas friktion den triboelektriska effekten som skiljer laddningarna, varefter elektronerna som redan är separerade fångas upp av samlarna och lagras i två enheter som kallas flaskor Leyden.
Leyden-flaskan eller kannan är en kondensor med cylindriska metallramar. Varje flaska är ansluten till den andra av den centrala plattan och bildar två kondensatorer i serie.
Att vrida handtaget ger så stor skillnad i elektrisk potential mellan sfärerna att luften mellan dem joniserar och en gnista hoppar. Hela enheten kan ses på bilden ovan.
I Wimshurst-maskinen kommer el ur materia, som består av atomer. Och dessa består i sin tur av elektriska laddningar: negativa elektroner och positiva protoner..
I atomen komprimeras de positivt laddade protonerna i mitten eller kärnan och de negativt laddade elektronerna runt dess kärna..
När ett material tappar några av sina yttersta elektroner blir det positivt laddat. Omvänt, om du fångar upp några elektroner får du en negativ negativ laddning. När antalet protoner och elektroner är lika är materialet neutralt.
I isolerande material stannar elektroner runt sina kärnor utan förmågan att vila för långt. Men i metaller är kärnorna så nära varandra att de yttersta elektronerna (eller valensen) kan hoppa från en atom till en annan och röra sig genom det ledande materialet..
Om ett negativt laddat objekt närmar sig en av metallplattans ytor, rör sig metallens elektroner bort genom elektrostatisk avstötning, i detta fall till motsatt yta. Plattan sägs sedan ha blivit polariserad.
Om denna polariserade platta nu är ansluten av en ledare (neutraliserande stänger) på dess negativa sida till en annan platta, skulle elektronerna flytta till denna andra platta. Om anslutningen plötsligt skärs är den andra plattan negativt laddad.
För att Wimshurst-maskinen ska kunna starta upp måste en av metallsektorerna på disken ha en belastningsobalans. Detta inträffar naturligt och ofta, särskilt när det är lite luftfuktighet..
När skivorna börjar rotera kommer det att finnas en tid då en neutral sektor hos den motsatta skivan motsätter sig den laddade sektorn. Detta medför en laddning av samma storlek och motsatt riktning tack vare borstarna, eftersom elektronerna rör sig bort eller närmare, enligt tecknet på den sektor som vetter mot varandra..
De U-formade samlarna är ansvariga för att samla in laddningen när skivorna stöter ut varandra eftersom de laddas med laddningar av samma tecken, som visas i figuren, och lagrar nämnda laddning i de Leyden-flaskor som är anslutna till dem..
För att uppnå detta, i den inre delen av U, skjuter toppar ut som kammar riktade mot de yttre ytorna på varje skiva, men utan att röra vid dem. Tanken är att den positiva laddningen koncentreras till spetsarna, så att elektronerna som drivs ut från sektorerna lockas och ackumuleras i flaskornas mittplatta..
På detta sätt förlorar den sektor som vänder mot samlaren alla sina elektroner och förblir neutral, medan den centrala plattan på Leyden är negativt laddad..
I motsatt samlare händer det motsatta, samlaren levererar elektroner till den positiva plattan som vetter mot den tills den neutraliseras och processen upprepas kontinuerligt.
Huvudapplikationen för Wimshurst-maskinen är att få el från varje skylt. Men den har nackdelen att den levererar en ganska oregelbunden spänning, eftersom den beror på den mekaniska manövreringen.
Neutraliseringsstångens vinkel kan varieras för att ställa in antingen hög utström eller hög utspänning. Om neutralisatorerna är långt från samlarna levererar maskinen en hög spänning (upp till mer än 100 kV).
Å andra sidan, om de är nära samlarna, minskar utspänningen och utströmmen ökar och kan nå upp till 10 mikroampere vid normala rotationshastigheter..
När den ackumulerade laddningen når ett tillräckligt högt värde alstras ett högt elektriskt fält i de sfärer som är anslutna till de centrala plattorna i Leyden.
Detta fält joniserar luften och producerar gnistan, tömmer flaskorna och ger upphov till en ny laddningscykel..
Effekterna av det elektrostatiska fältet kan uppskattas genom att placera ett pappark mellan sfärerna och observera att gnistorna gör hål i det..
För detta experiment behöver du: en pendel gjord av en pingisboll täckt med aluminiumfolie och två L-formade metallplåtar.
Kulan hängs i mitten av de två arken med hjälp av en isolerande tråd. Varje ark är anslutet till elektroderna i Wimshurst-maskinen med kablar med klämmor.
När veven vrids, kommer den ursprungligen neutrala kulan att svänga mellan lamellerna. En av dem kommer att ha överskott av negativ laddning som kommer att ge bollen, vilket kommer att lockas av det positiva arket.
Bollen kommer att avsätta sina överskottselektroner på detta ark, den neutraliseras kort och cykeln upprepas igen så länge vevet fortsätter att vända..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.