Wimshursst geschiedenis, hoe het werkt en applicaties

De Wimshurst -machine Het is een elektrostatische generator van hoge spanning en lage stroomsterkte, in staat om statische elektriciteit te produceren door scheiding van belastingen, dankzij de spin van een slinger. Aan de andere kant zijn generatoren die momenteel worden gebruikt, zoals batterijen, alternatoren en dynamo's, nogal bronnen van elektromotorische kracht, die belastingen veroorzaken in een gesloten circuit.

De Wimshursst-machine is ontwikkeld door de Britse ingenieur en uitvinder James Wimshurst (1832-1903) tussen 1880 en 1883, verbeterde versies van elektrostatische generatoren voorgesteld door andere uitvinders door andere uitvinders.

Wimshurst -machine. Bron: Andy Dingley (scanner) [Public Domain]

Het onderscheidt zich op eerdere elektrostatische machines voor zijn betrouwbare, reproduceerbare werking en eenvoudige constructie, en kunnen een verbazingwekkend potentieel verschil tussen 90 genereren.000 en 100.000 volt.

[TOC]

Delen van de Wimshurst -machine

De basis van de machine zijn de twee karakteristieke schijven van isolatiemateriaal, met dunne metalen vellen bevestigd en gerangschikt in de vorm van radiale sectoren.

Elke metalen sector heeft nog een diametrisch tegenovergestelde en symmetrische. De schijven hebben meestal tussen 30 en 40 cm in diameter, maar ze kunnen ook veel ouder zijn.

Beide albums zijn gemonteerd op een verticaal vlak en een afstand tussen 1 en 5 mm is gescheiden. Het is belangrijk dat tijdens de beurt de records nooit worden aangeraakt. De schijven worden in tegengestelde zintuigen omgedraaid door een poelmechanisme.  

De Wimshurst -machine heeft twee metalen balken parallel aan het rotatievlak van elk album: één aan de buitenkant van het eerste album en de andere naar de buitenkant van het tweede album. Deze staven zijn bedoeld onder een hoek ten opzichte van de andere.

De uiteinden van elke balk hebben metalen bezems die contact maken met de tegenovergestelde metalen sectoren op elke schijf. Ze staan ​​bekend als neutraliserende balken, om een ​​goede reden die binnenkort zal worden gezien.

De borstels bewaren de schijfsector die aan één uiteinde van de stang raakt, met het diametraal tegenover elektrisch contact, met de diametraal tegenover. Hetzelfde gebeurt in het andere album.

Het tribo -elektrische effect

De bezems en schijfsectoren zijn gemaakt van verschillende metalen, bijna altijd koper of brons, terwijl de aluminiumschijven zijn gemaakt van aluminium.

Kan u van dienst zijn: snelheid van verspreiding van een golf

Het vluchtige contact tussen hen terwijl de schijven roteren en de daaropvolgende scheiding, creëert de mogelijkheid om belastingen door de hechting uit te wisselen. Dit is het tribo -elektrische effect, dat ook kan optreden tussen een stuk barnsteen en een wollen doek, bijvoorbeeld.

De machine wordt toegevoegd aan de machine (kammen) metallic in de vorm van een U -vorming en eindigt in uiteinden of metalen spikes, gelegen in tegenovergestelde posities.

De sectoren van beide albums gaan uit van het interne deel van de U van de collector zonder het aan te raken.  De verzamelaars zijn gemonteerd op een isolerende basis en zijn op zijn beurt verbonden met twee andere metalen staven die op bollen zijn afgewerkt, dichtbij, maar beide worden gespeeld.

Wanneer mechanische energie aan de machine wordt verstrekt door middel van de crank, de Rubb Leyden.

De fles of kan van Leyden is een condensor met cilindrisch metalen pantser. Elke fles is door de centrale plaat op de andere verbonden en vormt twee condensor in serie.

Wanneer de kruk omdraait, is er zo'n hoog elektrisch potentiaalverschil tussen de bollen, dat de lucht ertussen is geïoniseerd en een vonk springt. Het volledige apparaat is te zien in de afbeelding hierboven.

Fysieke principes betrokken

In de Wimshursst -machine komt elektriciteit uit materie, die bestaat uit atomen. En deze bestaan ​​op hun beurt uit elektrische ladingen: negatieve elektronen en positieve protonen.

In het atoom worden de positieve belastingprotonen verdicht in het midden of de kern en de negatieve belastingselektronen rond hun kern.

Wanneer een materiaal sommige van zijn buitenste elektronen verliest, is het positief geladen. Integendeel, als u wat elektronen vastlegt, krijgt u een negatieve netto belasting. Wanneer de hoeveelheid protonen en elektronen hetzelfde is, is het materiaal neutraal.

Kan u van dienst zijn: aerostatische ballon: geschiedenis, kenmerken, onderdelen, hoe het werkt

Bij het isoleren van materialen blijven elektronen rond hun kernen zonder de mogelijkheid om te ver te komen. Maar in metalen zijn de kernen zo dicht bij elkaar, dat de buitenste elektronen (of valentie) van het ene atoom naar het andere kunnen springen en door het geleidende materiaal kunnen bewegen.

Als een van de gezichten van een metalen plaat een negatief geladen wordt benaderd, bewegen de elektronen van het metaal weg door elektrostatische afstoting, in dit geval naar het tegenovergestelde gezicht. Er wordt dan gezegd dat de plaat is gepolariseerd. 

Nu, als deze gepolariseerde plaque wordt verbonden door een bestuurder (neutraliserende balken) door zijn negatieve gezicht naar een andere plaat, zouden de elektronen naar deze tweede plaat gaan. Als de verbinding plotseling wordt gesneden, is de tweede plaat negatief geladen.

Laad- en opslagcyclus

Zodat de Wimshurst -machine begint, is het noodzakelijk dat sommige van de metalen sectoren van de schijf een ladingonbalans hebben. Dit gebeurt van nature en vaak, vooral als er weinig milieuvochtigheid is.

Wanneer de schijven beginnen te draaien, zal er een tijd zijn waarin een neutrale sector van de tegenovergestelde schijf tegen de geladen sector is. Dit induceert een last van gelijke grootte en de tegenovergestelde richting dankzij de borstels, omdat de elektronen worden gemobiliseerd door weg te gaan of te naderen, volgens het teken van de gezichten sector.

Wimshurst Machine -schema. Bron: Robertkuhlmann [Public Domain]

U -gevormde verzamelaars zijn verantwoordelijk voor het verzamelen van de belasting wanneer de schijven afstoten.

Om dit te bereiken, in het interne deel van de U Stands Peaks als gekamd in de richting van de buitenste gezichten van elk album, maar zonder ze aan te raken. Het idee is dat de positieve belasting op de tips geconcentreerd is, zodat de elektronen uit de sectoren worden aangetrokken en zich ophopen in de centrale plaat van de flessen.

Op deze manier verliest de sector met de collector al zijn elektronen en is neutraal, terwijl de centrale plaat van de Leyden negatief is.

Kan u van dienst zijn: Lichtbreking: elementen, wetten en experiment

In de tegenovergestelde verzamelaar passeert het tegenovergestelde, de collector levert elektronen aan de positieve plaat waarmee deze wordt geconfronteerd totdat deze wordt geneutraliseerd en het proces herhaaldelijk wordt herhaald.

Toepassingen en experimenten

De belangrijkste toepassing van de Wimshursst -machine is om elektriciteit van elk teken te verkrijgen. Maar het heeft het ongemak dat het een nogal onregelmatige spanning biedt, omdat het afhankelijk is van de mechanische actie.

De hoek van de neutraliserende balk kan worden gevarieerd om te configureren bij hoge uitgangsstroom of bij hoge uitgangsspanning. Als de neutralisatoren verre van de verzamelaars zijn, levert de machine een hoge spanning op (tot meer dan 100 kV).

Aan de andere kant, als ze dicht bij de collectoren zijn, neemt de uitgangsspanning af en neemt de uitgangsstroom toe, waardoor tot 10 micro -champion bij normale rotatiesnelheden kan worden bereikt.

Wanneer de geaccumuleerde belasting een voldoende hoge waarde bereikt, is er dan een hoog elektrisch veld in de bollen verbonden met de centrale platen van de Denden. 

Dit veld ioniseert de lucht en produceert de vonk, het downloaden van de flessen en een nieuwe laadcyclus geven.

Experiment 1

De effecten van het elektrostatische veld zijn te zien door een karton tussen de bollen te plaatsen en op te observeren dat de vonken gaten erin maken.

Experiment 2

Voor dit experiment is het nodig: een slinger gemaakt met een pingbal bedekt met aluminiumfolie en twee metalen vellen in de vorm van een L -vorming.

De bal wordt in het midden van beide vellen opgehangen door middel van een isolerende draad. Elk blad verbindt via kabelkabels met de Wimshursst -machine -elektroden.

Bij het draaien van de crank zal de aanvankelijk neutrale bal tussen de lakens variëren. Een van hen zal een overtollige negatieve belasting hebben die zich zal opleveren tot de bal, die zal worden aangetrokken door het positieve blad.

De bal zal zijn overtollige elektronen in dit vel afzetten, deze zal kort worden geneutraliseerd en de cyclus zal opnieuw worden herhaald terwijl de crank nog steeds roteert.

Referenties

1. Queiroz, tot. Elektrostatische machines. Hersteld van: Coe.Ufrj.BR
2. Gacanovic, Myco. 2010. Elektrostatische toepassingsprincipes. Hersteld van: orbus.Zijn