Sejarah wimshursst, bagaimana ia berfungsi dan aplikasi

The Mesin Wimshurst Ia adalah penjana elektrostatik voltan tinggi dan amperage yang rendah, yang mampu menghasilkan elektrik statik dengan pemisahan beban, terima kasih kepada putaran engkol. Sebaliknya, penjana yang kini digunakan seperti bateri, alternator dan dinamo adalah sumber daya elektromotor, yang menyebabkan pergerakan beban dalam litar tertutup.

Mesin Wimshursst telah dibangunkan oleh Jurutera British dan pencipta James Wimshurst (1832-1903) antara 1880 dan 1883, meningkatkan versi penjana elektrostatik yang dicadangkan oleh pencipta lain oleh pencipta lain.

Mesin Wimshurst. Sumber: Andy Dingley (Pengimbas) [Domain Awam]

Ia menonjol pada mesin elektrostatik sebelumnya untuk operasi yang boleh dipercayai, boleh dihasilkan semula dan pembinaan mudah, dapat menghasilkan perbezaan potensi yang luar biasa antara 90.000 dan 100.000 volt.

[TOC]

Bahagian mesin wimshurst

Pangkalan mesin adalah dua cakera ciri bahan penebat, dengan lembaran logam nipis dilampirkan dan disusun dalam bentuk sektor radial.

Setiap sektor logam mempunyai satu lagi bertentangan dan simetri yang diametrik. Cakera biasanya mempunyai diameter antara 30 dan 40 cm, tetapi mereka juga boleh menjadi lebih tua.

Kedua -dua album dipasang pada satah menegak dan jarak antara 1 hingga 5 mm dipisahkan. Penting bahawa pada giliran rekod tidak pernah disentuh. Cakera dihidupkan dalam deria bertentangan melalui mekanisme takal.  

Mesin Wimshurst mempunyai dua bar logam selari dengan satah putaran setiap album: satu ke bahagian luar album pertama dan yang lain ke arah bahagian luar album kedua. Bar ini dimaksudkan pada sudut berkenaan dengan yang lain.

Hujung setiap bar mempunyai penyapu logam yang membuat hubungan dengan sektor logam bertentangan pada setiap cakera. Mereka dikenali sebagai bar meneutralkan, atas alasan yang baik yang akan dilihat tidak lama lagi.

Berus menyimpan sektor cakera yang menyentuh pada satu hujung bar, dengan hubungan elektrik yang bertentangan dengan diametrik, dengan bertentangan dengan diametrik. Perkara yang sama berlaku dalam album lain.

Kesan triboelektrik

Penyapu dan sektor cakera diperbuat daripada logam yang berbeza, hampir selalu tembaga atau gangsa, sementara cakera aluminium diperbuat daripada aluminium.

Dapat melayani anda: kelajuan penyebaran gelombang

Hubungan seketika di antara mereka sementara cakera berputar dan pemisahan berikutnya, mewujudkan kemungkinan bertukar beban melalui lekatan. Ini adalah kesan triboelektrik, yang juga boleh berlaku di antara sekeping ambar dan kain bulu, sebagai contoh.

Mesin ditambah ke mesin (sikat) logam dalam bentuk u -shaped dan berakhir dengan tips atau paku logam, yang terletak di kedudukan bertentangan.

Sektor kedua -dua album berlalu dari bahagian dalaman pengumpul U tanpa menyentuhnya.  Pengumpul dipasang di pangkalan penebat dan seterusnya disambungkan ke dua bar logam lain yang selesai di sfera, dekat tetapi sama ada dimainkan.

Apabila tenaga mekanikal diberikan kepada mesin dengan menggunakan engkol, rubb leyden.

Botol atau Jug of Leyden adalah kondensor dengan perisai logam silinder. Setiap botol disambungkan ke yang lain oleh plat tengah, membentuk dua kondensor dalam siri.

Apabila engkol bertukar terdapat perbezaan potensi elektrik yang tinggi di antara sfera, bahawa udara di antara mereka diionisasi dan melompat percikan api. Peranti lengkap dapat dilihat dalam imej di atas.

Prinsip fizikal yang terlibat

Di mesin Wimshursst, elektrik keluar dari perkara, yang terdiri daripada atom. Dan ini seterusnya terdiri daripada caj elektrik: elektron negatif dan proton positif.

Di dalam atom proton beban positif dipadatkan di tengah atau teras dan elektron beban negatif di sekitar nukleus mereka.

Apabila bahan kehilangan beberapa elektron paling luarnya, ia dikenakan secara positif. Sebaliknya, jika anda menangkap beberapa elektron, anda mendapat beban bersih negatif. Apabila jumlah proton dan elektron adalah sama, bahannya adalah neutral.

Boleh melayani anda: belon aerostatik: sejarah, ciri, bahagian, bagaimana ia berfungsi

Dalam bahan penebat, elektron kekal di sekitar nukleus mereka tanpa kemungkinan terlalu jauh. Tetapi dalam logam nukleus sangat dekat antara satu sama lain, bahawa elektron paling luar (atau valensi) dapat melompat dari satu atom ke yang lain, bergerak ke seluruh bahan konduktif.

Sekiranya salah satu muka plat logam didekati dimuatkan secara negatif, maka elektron logam bergerak dengan penolakan elektrostatik, dalam kes ini ke muka yang bertentangan. Kemudian dikatakan bahawa plat telah dipolarisasi. 

Sekarang, jika plak terpolarisasi ini disambungkan oleh pemandu (meneutralkan bar) dengan wajah negatifnya ke plat lain, elektron akan bergerak ke plat kedua ini. Sekiranya sambungan tiba -tiba dipotong, plat kedua dikenakan secara negatif.

Kitaran Beban dan Penyimpanan

Jadi mesin wimshurst bermula, perlu beberapa sektor logam cakera mempunyai ketidakseimbangan beban. Ini berlaku secara semula jadi dan kerap, terutamanya apabila terdapat sedikit kelembapan alam sekitar.

Apabila cakera mula berubah, akan ada masa apabila sektor neutral cakera bertentangan menentang sektor yang dimuatkan. Ini mendorong beban magnitud yang sama dan arah yang bertentangan terima kasih kepada berus, kerana elektron digerakkan dengan bergerak atau menghampiri, menurut tanda sektor yang dihadapi.

Skim Mesin Wimshurst. Sumber: Robertkuhlmann [domain awam]

Pengumpul berbentuk u bertanggungjawab untuk mengumpul beban apabila cakera ditolak.

Untuk mencapai ini, di bahagian dalaman U berdiri puncak seperti disikat ke arah luar setiap album, tetapi tanpa menyentuh mereka. Ideanya ialah pada petua beban positif tertumpu, sehingga elektron yang diusir dari sektor tertarik dan terkumpul di plat tengah botol.

Dengan cara ini sektor yang dihadapi dengan pemungut kehilangan semua elektronnya dan neutral, sementara plat pusat Leyden secara negatif.

Boleh melayani anda: Pembiasan cahaya: Unsur, undang -undang dan percubaan

Di dalam pemungut yang bertentangan, pas bertentangan, pemungut menyampaikan elektron ke plat positif yang menghadapinya sehingga ia dinetralkan dan prosesnya berulang kali berulang kali.

Aplikasi dan eksperimen

Aplikasi utama mesin Wimshursst adalah untuk mendapatkan elektrik dari setiap tanda. Tetapi ia mempunyai kesulitan yang memberikan voltan yang agak tidak teratur, kerana ia bergantung pada tindakan mekanikal.

Sudut bar meneutralkan boleh diubah untuk mengkonfigurasi pada arus output tinggi atau pada voltan output tinggi. Sekiranya neutralizers jauh dari pengumpul, mesin menyampaikan voltan tinggi (sehingga lebih dari 100 kV).

Sebaliknya, jika mereka dekat dengan pengumpul, voltan output berkurangan dan arus output meningkat, dapat mencapai sehingga 10 mikro -champion pada kelajuan putaran normal.

Apabila beban terkumpul mencapai nilai yang cukup tinggi, terdapat medan elektrik yang tinggi di sfera yang disambungkan ke plat pusat denden. 

Bidang ini mengionkan udara dan menghasilkan percikan api, memuat turun botol dan menimbulkan kitaran beban baru.

Eksperimen 1

Kesan medan elektrostatik dapat dilihat dengan meletakkan kadbod di antara sfera dan memerhatikan bahawa percikan api membuat lubang di dalamnya.

Eksperimen 2

Untuk eksperimen ini diperlukan: pendulum yang dibuat dengan bola ping ditutup dengan kerajang aluminium dan dua lembaran logam dalam bentuk l -shaped.

Bola digantung di tengah -tengah kedua -dua helai dengan menggunakan benang penebat. Setiap lembaran menyambung ke elektrod mesin Wimshursst melalui kabel kabel.

Apabila menghidupkan engkol, bola awal neutral akan berkisar antara lembaran. Salah satu daripada mereka akan mempunyai beban negatif yang berlebihan yang akan menghasilkan bola, yang akan tertarik dengan lembaran positif.

Bola akan mendepositkan elektron yang berlebihan dalam lembaran ini, ia akan dinetralkan secara ringkas dan kitaran akan diulang lagi sementara engkol masih berputar.

Rujukan

1. Queiroz, kepada. Mesin elektrostatik. Pulih dari: coe.Ufrj.Br
2. Gacanovic, Myco. 2010. Prinsip aplikasi elektrostatik. Pulih dari: orbus.Menjadi