Der Wimshurst-Generator oder die Elektrophormaschine ist ein elektrostatisches Induktionsgerät, das als kontinuierliche Quelle elektrischer Energie ausgelegt ist. Im 21. Jahrhundert wird es als Hilfstechnik zur Demonstration physikalischer Experimente im Zusammenhang mit verschiedenen elektrischen Effekten und Phänomenen verwendet.
Inhalt
Ein bisschen Geschichte der Erfindung
1865 entwickelte der deutsche Experimentalphysiker August Tepler die endgültigen Zeichnungen der Elektrophorenmaschine. Gleichzeitig wurde die zweite unabhängige Entdeckung einer solchen Einheit vom deutschen Wissenschaftler Wilhelm Holz gemacht. Der Hauptunterschied des Geräts war die Fähigkeit, eine größere Leistung und Potentialdifferenz zu erzielen. Holtz gilt als Schöpfer einer Gleichstromquelle.
Das einfache ursprüngliche Design der Elektrophoremaschine wurde 1883 von James Wimshurst aus England verbessert.Seine Modifikation wird in allen physikalischen Laboratorien zur visuellen Demonstration von Experimenten verwendet.
Das Design der Elektrophoremaschine
2 koaxiale Scheiben rotieren gegeneinander und tragen dabei einfachste Kondensatoren aus Aluminiumsektoren. Aufgrund zufälliger Prozesse wird im ersten Moment an der Stelle eines der Segmente eine Ladung gebildet. Das Phänomen wird durch den Prozess der Reibung gegen Luft verursacht. Aufgrund der Symmetrie des Designs ist es unmöglich, das endgültige Zeichen im Voraus vorherzusagen.
Das Design verwendet 2 Leyden-Gläser. Sie bilden ein einziges System aus in Reihe geschalteten Kondensatoren. Dies hat den Effekt, dass die Anforderungen an die Betriebsspannung in jedem Tank verdoppelt werden. Es müssen gleiche Werte gewählt werden, dies ist der Schlüssel zu einer gleichmäßigen Verteilung der Betriebsspannung.
Induktive Neutralisatoren dienen der Spannungsentlastung. Die ganze Struktur gleicht einem Metallkamm, der in einiger Entfernung über der Scheibe schwebt. Beide Scheiben mit gleichen Vorzeichen der Außenfläche kommen zum Ladungsentnahmepunkt. Neutralisatoren sind gepaart. Nach dem Entladen ist die Ladung der Segmente stark reduziert. Bei weiteren Ausführungen kommt die Bürste leicht mit dem Rand der Scheibe in Kontakt.
Der Bediener bringt mit der Kraft des elektrischen Antriebs oder seiner eigenen Hand die abstoßenden Elemente des Systems zwangsweise zusammen. Die Ladungen, die miteinander interagieren, versuchen, sich so weit wie möglich zu beruhigen. Der Prozess trägt zu einem starken Anstieg der Oberflächenladungsdichte an allen Abtragungsstellen bei.
Strom wird in Leidener Gefäßen aus den Kämmen von Neutralisatoren gesammelt. Es kommt zu einem schnellen Spannungsanstieg.Eine an 2 Elektroden angebrachte Funkenstrecke hilft, einen Ausfall des Systems zu vermeiden. Es ist möglich, einen Lichtbogen unterschiedlicher Stärke zu erhalten, indem der Abstand zwischen ihnen angepasst wird. Es besteht ein Zusammenhang: Je stärker die Feldstärke zwischen den beiden Funkenstrecken ist, desto geräuschvoller begleitet der Effekt den Vorgang des Entleerens der Leiden-Gläser.
Die Segmente bleiben über den Ladungsentfernungspunkt hinaus leer. Nachgeschaltet werden je nach Funktionsprinzip Potentialausgleicher oder Neutralisatoren eingebaut. Jede gegenüberliegende Seite der Scheibe hat bereits Ladung an verschiedene Bürsten abgegeben. Im Moment des Passierens der Aufnahmestelle und danach sind die Restladungszeichen unterschiedlich.
Ein Stück dicker Kupferdraht mit in geringer Höhe schwebenden Bürsten aus dünnsten Drähten oder sich reibenden Segmenten trägt zur Schließung dieser Gegensätze bei. Das Ergebnis - die Ladungen auf beiden Segmenten sind gleich Null, die gesamte Energie wird nach dem Joule-Lenz-Gesetz in Wärme umgewandelt, die auf dem verdickten Kupferkern erzeugt wird.
Was sind Banken von Leiden
Der erste elektrische Kondensator, der von den niederländischen Wissenschaftlern Pieter van Muschenbroek entwickelt wurde, war ein Leyden-Gefäß. Der erfundene Kondensator hat die Form eines Zylinders mit einem breiten oder mittleren Hals mit unterschiedlichen Durchmessern. Das Leyden-Glas ist aus Glas. Von innen und außen wird es mit Spezialblech überklebt. Das Produkt ist mit einem Holzdeckel abgedeckt. Die Hauptfunktion der Erfindung ist das Akkumulieren und Speichern großer Ladungen.
Die Schaffung einer solchen Bank wurde durch eine umfassende Untersuchung der Elektrizität, der allgemeinen Geschwindigkeit ihrer Verteilung sowie der elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften verschiedener Materialien angeregt. Dank ihr war es erstmals möglich, einen elektrischen Funken künstlich zu erzeugen.Jetzt werden Leidener Dosen nur noch als integraler Bestandteil von Elektrophoresemaschinen verwendet.
Was ist das Arbeitsprinzip der Elektrophoremaschine?
Aus der Kraft des Bedieners wird Energie entnommen, um die Zeichen zu ändern. Bereits zwischen Equalizern und Bürsten bewegen sich die Scheiben mit gegenseitiger Abstoßung aufeinander zu. Die Anzahl der Umdrehungen pro Minute spielt eine Rolle. Erhöhte Ladungsdichte. Die stärkste Ladung der gegenüberliegenden Scheiben drückt die Rückstände durch die Kupferdrahtbahnen. Daraus folgt die Energie, die ausreicht, um das Vorzeichen zu ändern.
Durch Erhöhen der Oberflächendichte wird die Ladung von der Vorrichtung entfernt. An einer Stelle werden im Leidener Ufer Energievorräte angelegt, an einer anderen Stelle wird das Vorzeichen gewechselt. Induktionsneutralisatoren haben praktisch keine Unterschiede. Beide erfüllen eine gemeinsame Funktion der Neutralisierung von Energie. Allgemeines Schema:
- Es gibt zwei Arten von Kondensatoren im Design: Leiden-Bänke, in denen sich die Ladung ansammelt, und eine Kombination aus einem Segment beider Scheiben mit einem Dielektrikum und einer Aluminiumauskleidung.
- Es gibt 2 Arten von Neutralisatoren, die die Ladung von Aluminiumsegmenten reduzieren. Der erste wird verwendet, um das Vorzeichen oder die Polarisation zu ändern, der zweite, um das Leyden-Gefäß aufzuladen.
Die gesamte Energie stammt nicht aus der Reibung von Aluminium und Kupfer oder der Elektrifizierung von Luft. Es entsteht durch zwangsweises Füllen der Kondensatoren mit der Torsionskraft der Scheibe. Alle Prozesse werden aufgrund eines starken Anstiegs der Oberflächenladungsdichte an den Entnahmestellen durchgeführt.
Anwendung der Elektrophore-Maschine
Aus den 70er Jahren. Die Wimshurst-Maschine dient nicht der direkten Erzeugung elektrischer Energie.Heute fungiert es als historisches Exponat, das die Geschichte der Entstehung und Entwicklung des wissenschaftlichen und technologischen Fortschritts und der Technik veranschaulicht. Eine Labordemonstration, für die eine Elektrophoresemaschine gebaut wird, zeigt die verschiedenen Phänomene und Wirkungen der Elektrizität.
Es ist akzeptabel, Induktionsneutralisatoren zu verwenden, die Ladungen von flüssigen Dielektrika wie Öl entfernen. Es ist gefährlich, bei jeder Produktion einen Funken in die Luft zu bekommen, es kann zu katastrophalen Folgen, Rauch und sogar einer Explosion führen.
Die Geschichte der Entdeckungen und Forschungen auf dem Gebiet der Elektrizität ist eng mit der Verwendung verschiedener Strukturen und Geräte zur Gewinnung elektrischer Ladungen verbunden. Die Elektrophormaschine spielte ihre Rolle in der wissenschaftlichen Forschung, deren Wirkung auf der Anregung von Elektrizität durch Induktion beruht.
Ähnliche Artikel:
