Η μηχανή ηλεκτροφόρου λειτουργεί ως συνεχής πηγή ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτή η συσκευή χρησιμοποιείται συχνά ως βοηθητική συσκευή για την επίδειξη διαφόρων ηλεκτρικών φαινομένων και επιδράσεων. Αλλά ποιος είναι ο σχεδιασμός και τα χαρακτηριστικά του;
Λίγο από την ιστορία της εφεύρεσης
Η μηχανή ηλεκτροφόρου αναπτύχθηκε το 1865 από τον August Tepler, έναν Γερμανό φυσικό. Περιέργως, εντελώς ανεξάρτητα, ένας άλλος πειραματικός επιστήμονας, ο Wilhelm Goltz, εφηύρε ένα παρόμοιο σχέδιο, αλλά ακόμα πιο τέλειο, αφού η συσκευή του επέτρεψε να ληφθούν μεγάλες διαφορές δυναμικού και θα μπορούσε να χρησιμεύσει ως πηγή συνεχούς ρεύματος. Επιπλέον, η μηχανή Goltsev ήταν πολύ πιο απλή στο σχεδιασμό. Στα τέλη του δέκατου ένατου αιώνα, ο Άγγλος πειραματιστής στον τομέα του ηλεκτρισμού και της μηχανικής, James Wimshurst, βελτίωσε τη μονάδα. Και μέχρι σήμερα, είναι η εκδοχή του (αν και λίγο πιο σύγχρονη) που χρησιμοποιείται για την επίδειξη ηλεκτροδυναμικών πειραμάτων λόγω της ικανότητας να δημιουργεί τεράστια διαφοράδυναμικό μεταξύ συλλεκτών. Το μηχάνημα ηλεκτροφόρου βελτιώθηκε ήδη στη δεκαετία του σαράντα του εικοστού αιώνα από έναν επιστήμονα ονόματι Ioffe, ο οποίος ανέπτυξε έναν νέο τύπο ηλεκτροστατικών γεννητριών για να τροφοδοτήσει τη μηχανή ακτίνων Χ. Αν και η μηχανή Wimshurst δεν χρησιμοποιείται επί του παρόντος για την άμεση παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, είναι ένα ιστορικό έκθεμα που απεικονίζει την ιστορία της ανάπτυξης της μηχανικής και της επιστημονικής και τεχνολογικής προόδου.
Σχεδίαση μηχανής ηλεκτροφόρου
Αυτή η συσκευή αποτελείται από δύο δίσκους που περιστρέφονται ο ένας προς τον άλλο. Το έργο της μηχανής ηλεκτροφόρου έγκειται ακριβώς στην υλοποίηση μιας τέτοιας διπλής αμοιβαίας περιστροφής. Στους δίσκους υπάρχουν αγώγιμα τμήματα απομονωμένα μεταξύ τους. Με τη βοήθεια των όψεων των πλευρών και των δύο δίσκων, σχηματίζονται πυκνωτές. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η μηχανή ηλεκτροφόρου ονομάζεται μερικές φορές μηχανή πυκνωτή. Στους δίσκους υπάρχουν εξουδετερωτές, οι οποίοι εκτρέπουν τα φορτία από τα απέναντι στοιχεία των δίσκων στο έδαφος με τη βοήθεια βουρτσών. Οι συλλέκτες βρίσκονται αριστερά και δεξιά. Σε αυτά φτάνουν τα σήματα που δημιουργούνται από τις χτένες από τον πίσω και τον μπροστινό δίσκο.
Ποιες είναι οι όχθες του Leiden;
Σε πολλές περιπτώσεις, τα φορτία συσσωρεύονται στους πυκνωτές. Ονομάζονται τράπεζες Leiden. Μετά από αυτό, είναι δυνατό να αναπαραχθούν πολύ ισχυρότερες εκκενώσεις και σπινθήρες. Οι εσωτερικές πλάκες κάθε πυκνωτή συνδέονται με τους αγωγούς χωριστά. Βούρτσες που αγγίζουντομείς των δίσκων συνδυάζονται με την εσωτερική επένδυση των βάζων Leiden. Ολόκληρη η κατασκευή είναι επί του παρόντος τοποθετημένη σε πλαστικά ράφια. Μαζί με τα βάζα Leyden, μέρη της μηχανής στερεώνονται σε ξύλινη βάση. Δεδομένης της σαφήνειας του σχεδιασμού, μια μηχανή ηλεκτροφόρου με τα χέρια σας μπορεί να κατασκευαστεί πολύ απλά. Ακόμη και ένα άτομο που δεν έχει ειδική τεχνική εκπαίδευση μπορεί να το συναρμολογήσει και να το λειτουργήσει για τη δική του ευχαρίστηση.
Ποια είναι η βάση της μηχανής ηλεκτροφόρου;
Χρησιμοποιώντας την αμοιβαία προσπάθεια και των δύο δίσκων - αυτή είναι η κύρια αρχή σε αυτήν τη συσκευή. Το αποτέλεσμα μιας διαφοράς δυναμικού, και στη συνέχεια εκκενώσεων και σπινθήρων, επιτυγχάνεται με τη σωστή διάταξη των τομέων. Φυσικά, υπάρχουν εξελίξεις που χρησιμοποιούν λευκούς δίσκους, αλλά δεν δίνουν παρόμοια απόδοση. Τέτοια σχέδια χρησιμοποιούνται συχνά σε μικρά εκπαιδευτικά ιδρύματα. Η απόσταση μεταξύ των δίσκων μιας τέτοιας συσκευής όπως μια μηχανή ηλεκτροφόρου παίζει καθοριστικό ρόλο και έχει σημαντικό αντίκτυπο στην επίτευξη της απαιτούμενης τάσης στους πυκνωτές.
Ποια είναι η αρχή του μηχανήματος;
Η μηχανή ηλεκτροφόρου έχει υποστεί πολλές αλλαγές από την εφεύρεσή της (και αυτή είναι η αρχή του δέκατου όγδοου αιώνα). Αλλά η κύρια ιδέα παραμένει. Η βάση του σχεδιασμού της μηχανής είναι δίσκοι με κολλημένες πλάκες (μεταλλικές λωρίδες). Εφαρμόζοντας μια ορισμένη μηχανική δύναμη χρησιμοποιώντας έναν ιμάντα κίνησης, μπορούν να περιστραφούν σε διαφορετικές κατευθύνσεις, αντίθετα μεταξύ τους. Στο εξώφυλλο του ενόςο δίσκος φορτίζεται θετικά. Θα προσελκύσει άλλη επιβάρυνση (αρνητική) στον εαυτό του. Το θετικό θα περάσει από τον αγωγό με βούρτσες (ουδετεροποιητής), ο οποίος αγγίζει την απέναντι επένδυση. Γυρίζοντας τους δίσκους, λαμβάνουμε χρεώσεις παρόμοιες με τις αρχικές. Αλλά θα επηρεάσουν ήδη άλλες επενδύσεις. Δεδομένου ότι οι δίσκοι περιστρέφονται σε αντίθετες κατευθύνσεις, τα φορτία ρέουν στους συλλέκτες. Σε μια τέτοια συσκευή επίδειξης όπως μια μηχανή ηλεκτροφόρου, η αρχή λειτουργίας βασίζεται ακριβώς σε αυτή τη στιγμή. Στις βούρτσες και των δύο δίσκων, που δεν αγγίζουν την επιφάνειά τους και βρίσκονται στις άκρες, τα φορτία κάποια στιγμή γίνονται τόσο τεράστια που γίνεται βλάβη στον εναέριο χώρο και γλιστράει ένας ηλεκτρικός σπινθήρας. Γι' αυτό μπορούν να προσαρτηθούν επιπλέον πυκνωτές διαφορετικής χωρητικότητας στους συλλέκτες, οι οποίοι θα δώσουν μεγαλύτερη ομορφιά στο αποτέλεσμα της εκφόρτισης.
