Wimshurst ģenerators vai elektrofora iekārta ir indukcijas elektrostatiska ierīce, kas paredzēta kā nepārtraukts elektriskās enerģijas avots. 21. gadsimtā to izmanto kā palīgtehniku ar dažādiem elektriskiem efektiem un parādībām saistītu fizisku eksperimentu demonstrēšanai.
Saturs
Nedaudz no izgudrojuma vēstures
1865. gadā eksperimentālais fiziķis no Vācijas Augusts Teplers izstrādāja elektrofora iekārtas galīgos rasējumus. Tajā pašā laikā otro neatkarīgo šādas vienības atklājumu veica vācu zinātnieks Vilhelms Holcs. Ierīces galvenā atšķirība bija spēja iegūt lielāku jaudu un potenciālu starpību. Holcs tiek uzskatīts par līdzstrāvas avota radītāju.
Vienkāršo sākotnējo elektrofora iekārtas dizainu 1883. gadā uzlaboja Džeimss Vimsērsts no Anglijas.Tās modifikācija tiek izmantota visās fiziskajās laboratorijās eksperimentu vizuālai demonstrēšanai.
Elektrofora iekārtas dizains
2 koaksiālie diski griežas viens pret otru, vienlaikus pārvadājot vienkāršākos kondensatorus no alumīnija sektoriem. Nejaušu procesu dēļ primārajā brīdī viena segmenta vietā veidojas lādiņš. Parādību izraisa berzes process pret gaisu. Dizaina simetrijas dēļ nav iespējams iepriekš paredzēt gala zīmi.
Dizainā izmantotas 2 Leyden burkas. Tie veido vienotu sistēmu no sērijveidā savienotiem kondensatoriem. Tādējādi katrā tvertnē darba sprieguma prasības tiek dubultotas. Ir jāizvēlas vienādi nomināli, tas ir vienmērīga darba sprieguma sadalījuma atslēga.
Induktīvie neitralizatori ir paredzēti sprieguma samazināšanai. Visa struktūra atgādina metāla ķemmi, kas atrodas zināmā attālumā virs diska. Abi diski ar līdzvērtīgām ārējās virsmas pazīmēm nonāk lādiņa noņemšanas punktā. Neitralizatori ir savienoti pārī. Pēc izkraušanas segmentu uzlāde ir ievērojami samazināta. Papildu konstrukcijās birste viegli saskaras ar diska malu.
Operators, izmantojot elektriskās piedziņas spēku vai savu roku, piespiedu kārtā saved kopā sistēmas atgrūdošos elementus. Maksas, kas mijiedarbojas savā starpā, cenšas pēc iespējas nomierināties. Process veicina strauju virsmas lādiņa blīvuma palielināšanos visos noņemšanas punktos.
Elektrība tiek savākta Leidenes burkās no neitralizatoru smailēm. Ir straujš sprieguma pieaugums.Dzirksteles sprauga, kas piestiprināta pie 2 elektrodiem, palīdz izvairīties no sistēmas atteices. Ir iespējams iegūt dažāda stipruma loku, regulējot attālumu starp tiem. Pastāv sakarība: jo spēcīgāks ir lauka stiprums starp 2 dzirksteļu spraugām, jo trokšņaināks efekts pavada Leidenes burku iztukšošanas procesu.
Segmenti paliek tukši pēc lādiņa noņemšanas punkta. Pēc darbības principa tiek uzstādīti potenciālu ekvalaizeri vai neitralizatori. Katra diska pretējā puse jau ir devusi lādiņu dažādām sukām. Uzņemšanas punkta izbraukšanas brīdī un pēc tā atlikušā lādiņa zīmes ir atšķirīgas.
Biezas vara stieples gabals ar plānāko stiepļu sukām, kas svārstās zemā augstumā vai berzē segmentus, veicina šo pretstatu slēgšanu. Rezultāts - lādiņi abos segmentos ir vienādi ar nulli, visa enerģija tiek pārveidota saskaņā ar Džoula-Lenca likumu siltumā, kas rodas uz sabiezinātā vara serdeņa.
Kas ir Leidenes bankas
Pirmais elektriskais kondensators, ko radīja holandiešu zinātnieki Pieter van Muschenbroek, bija Leidenas burka. Izgudrotajam kondensatoram ir cilindra forma ar platu vai vidēju dažāda diametra kaklu. Leyden burka ir izgatavota no stikla. No iekšpuses un ārpuses tas ir pārlīmēts ar īpašu lokšņu skārdu. Produkts ir pārklāts ar koka vāku. Izgudrojuma galvenā funkcija ir lielu lādiņu uzkrāšana un uzglabāšana.
Šādas bankas izveidi rosināja plaša elektrības, tās sadales vispārējā ātruma, kā arī dažādu materiālu elektrovadītspējas īpašību izpēte. Pateicoties viņai, pirmo reizi bija iespējams mākslīgi radīt elektrisko dzirksteli.Tagad Leidenes kannas tiek izmantotas tikai kā neatņemama elektrofora iekārtu sastāvdaļa.
Kāds ir elektrofora iekārtas darbības princips
No operatora spēka tiek ņemta enerģija, lai mainītu zīmes. Jau starp ekvalaizeriem un otām diski pārvietojas ar savstarpēju atgrūšanos viens pret otru. Nozīme ir apgriezienu skaitam minūtē. Palielināts lādiņa blīvums. Spēcīgākais pretējo disku lādiņš izspiež atlikumus cauri vara stieples garumiem. No tā izriet enerģija, kas ir pietiekama, lai mainītu zīmi.
Palielinot virsmas blīvumu, lādiņš tiek noņemts no ierīces. Vienā vietā Leidenas krastā tiek veidotas enerģijas rezerves, cita vieta kalpo zīmes maiņai. Indukcijas neitralizatoriem praktiski nav atšķirību. Viņi abi pilda kopīgu enerģijas neitralizēšanas funkciju. Vispārējā shēma:
- Konstrukcijā ir 2 veidu kondensatori: Leiden bankas, kur uzkrājas lādiņš, un abu disku segmenta kombinācija ar dielektrisku un alumīnija oderi.
- Ir 2 veidu neitralizatori, kas samazina alumīnija segmentu lādiņu. Pirmo izmanto, lai mainītu zīmi vai polarizāciju, otro, lai uzlādētu Leyden burku.
Visa enerģija nenāk no alumīnija un vara berzes vai gaisa elektrifikācijas. Tas tiek izveidots, piespiedu kārtā piepildot kondensatorus ar diska vērpes spēku. Visi procesi tiek veikti sakarā ar strauju virsmas lādiņa blīvuma palielināšanos noņemšanas vietās.
Elektroforu iekārtas pielietojums
No 70. gadiem. Vimsērstas iekārtu neizmanto tiešai elektroenerģijas ražošanai.Mūsdienās tas darbojas kā vēsturisks eksponāts, kas ilustrē zinātniskā un tehnoloģiskā progresa un inženierzinātņu rašanās un attīstības vēsturi. Laboratorijas demonstrācija, kurai tiek izveidota elektrofora iekārta, parāda dažādas elektrības parādības un ietekmi.
Ir pieļaujams izmantot indukcijas neitralizatorus, noņemot lādiņus no šķidriem dielektriķiem, piemēram, eļļas. Jebkurā ražošanā ir bīstami nokļūt gaisā dzirksteles, tas var izraisīt postošas sekas, dūmus un pat sprādzienu.
Atklājumu un pētījumu vēsture elektroenerģijas jomā ir cieši saistīta ar dažādu konstrukciju un ierīču izmantošanu elektrisko lādiņu iegūšanai. Zinātniskajos pētījumos savu lomu spēlēja elektrofora iekārta, kuras darbība balstās uz elektrības ierosmi indukcijas rezultātā.
Līdzīgi raksti:
