Машина вимшурста: Машина Вимшурста — 1002967 — U15310 — Электростатика

Электрофорный генератор Вимшурста | Василий Букреев

В комментариях мне рекомендуют изучать матчасть, обвиняя меня в её незнании. «Следую» совету. А чтобы словоблудием не затенять смысла, ограничиваюсь изложением только машины Вимшурста.

Фото машины Вимшурста

Рисунок 1

я взял с сайта http://electricity-automation.com/page/elektrofornaya-mashina-generator-wimshursta, в котором дано как описание машины, так и механизм её работы.

Привожу цитаты с сайта. «Таким образом мы имеем два типа проводников. Одни (6 и 7) для съема зарядов, а 8 и 9 для установления своеобразной «земли» — линии нейтрального потенциала.» Т.е. проводники 8 и 9 безусловно уничтожают любую возможность создания недостатка или избытка электронов на металлических полосках.

«Предположим, что первый круг имеет недостаток свободных зарядов, что в нашем случае означает недостаток свободных электронов в металлических пластинах«. Чем обосновано это предположение? Может быть почесон затылка является достаточным обоснованием?

«Это происходит потому, что пластины с обоих сторон, между которыми расположен диэлектрик (материал дисков), представляют собой плоский конденсатор«. Хорош конденсатор, пластины которого соединены проводником!!!

Рисунок 2

Можно привести и рисунок с другого сайта,

Рисунок 3

который также свидетельствует, что заряды на лейденские банки одновременно снимаются с пластинок двух дисков, а не с одного диска плюс, а с другого минус. Таким образом, в лейденских банках в принципе не может сформироваться ни избытка, ни недостатка электронов. Полоски же на противоположных сторонах диска двигаются относительно своей мишурной щётки в противоположных направлениях и могут сформировать только противоположные направления движения и противоположные направления вращения электронов. Вопрос только в том, относительно чего они двигаются и вращаются.

Таким образом, заряд не создаётся избытком или недостатком электронов, а формируется направлением движения, и направлением вращения электронов.

Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика

И современная электродинамика вешает нам лапшу на уши.

принцип действия, как работает, конструкция, устройство и применение

Генератор Вимшурста или электрофорная машина — это индукционный электростатический прибор, созданный как непрерывный источник электрической энергии. В XXI веке используется как вспомогательная техника для демонстрации физических опытов, касающихся различных электрических эффектов и явлений.

Немного из истории изобретения

В 1865 г. физик-экспериментатор из Германии Август Теплер разработал итоговые чертежи электрофорной машины. Одновременно с этим было сделано второе независимое открытие подобного агрегата немецким ученым Вильгельмом Хольцем. Главным отличием прибора была возможность получать большую мощность и разность потенциалов. Хольц считается создателем источника постоянного электрического тока.

Простая начальная конструкция применения электрофорной машины в 1883 г. была усовершенствована Джеймсом Уимсхерстом из Англии. Его модификация используется во всех физических лабораториях для наглядной демонстрации опытов.

Конструкция электрофорной машины

2 соосных диска вращаются друг против друга, неся при этом простейшие конденсаторы из алюминиевых секторов. Благодаря случайным процессам в первичный момент на участке одного из сегмента образуется заряд. Вызывается явление процессом трения о воздух. Из-за симметричности конструкции нельзя заранее предсказать итоговый знак.

В конструкции используются 2 лейденовские банки. Они создают из последовательно включенных конденсаторов единую систему. Это влияет на двойное уменьшение требований к рабочему напряжению в каждой емкости. Следует подбирать одинаковые номиналы, это залог равномерного распределения рабочего напряжения.

Снять напряжение призваны индукционные нейтрализаторы. Вся конструкция напоминает металлический гребень, парящий на некотором расстоянии над диском. В точку съема заряда приходят оба диска с эквивалентными знаками внешней поверхности.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика Нейтрализаторы спарены. После осуществления разгрузки сильно снижается заряд сегментов. В дополнительных конструкциях щетка легко соприкасается с краем диска.

Оператор за счет силы электрического привода либо собственной рукой насильно сближает отталкивающиеся элементы системы. Взаимодействующие друг с другом заряды стараются расположиться как можно дальше. Процесс способствует резкому росту поверхностной плотности зарядов во всех точках съема.

Электричество собирается в лейденовских банках с гребней нейтрализаторов. Происходит быстрый рост напряжения. Избежать выхода из строя системы помогает разрядник, прикрепленный к 2 электродам. Возможно получение дуги различно силы при регулировании дистанции между ними. Существует взаимосвязь: чем сильнее напряженность поля между 2 разрядниками, тем более шумный эффект сопровождает процесс опустошения банок Лейдена.

Сегменты остаются опустошенными после точки съема заряда. По течению движения устанавливаются уравнители потенциала или нейтрализаторы по принципу действия. Каждая противоположная сторона диска уже отдала заряд у различных щеток. В момент прохождения точки съема и после нее остаточные знаки заряда являются различными.

Отрезок толстой проволоки из меди с щетками из тончайших проволочек, парящих на небольшой высоте или трущих сегменты, способствует замыканию указанных противоположностей. Результат — заряды на обоих сегментах приравниваются к нулю, вся энергия превращается согласно закону Джоуля-Ленца в тепло, образующееся на утолщенной медной жиле.

Что такое банки Лейдена

Первым электрическим конденсатором, созданным учеными из Голландии Питером ван Мушенбруком, была лейденская банка. Изобретенный конденсатор имеет форму цилиндра с широким или средним горлом разного диаметра. Лейденскую банку делают из стекла. Изнутри и снаружи она оклеена специальным листовым оловом. Прикрывается изделие деревянной крышкой. Главной функцией изобретения является накопление и хранение больших зарядов.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика

Стимулировало создание такой банки широкое изучение электричества, общей скорости его распространения, а также свойств проводимости электроэнергии различных материалов. Благодаря ей получилось впервые добыть электрическую искру искусственным путем. Сейчас банки Лейдена применяются только как неотъемлемая часть электрофорных машин.

Каков принцип работы электрофорной машины

Из силы оператора берется энергия для смены знаков. Уже между уравнителями и щетками диски двигаются со взаимным отталкиванием навстречу друг другу. Свою роль играет количество оборотов в минуту. Повышена плотность заряда. Сильнейший заряд противолежащих дисков выталкивает остатки через отрезки медной проволоки. Из этого вытекает энергия, достаточная для смены знака.

За счет повышения показателей поверхностной плотности происходит съем заряда в приборе. В единичной точке делаются энергетические запасы в банке Лейдена, другое место служит для изменения знака. Индукционные нейтрализаторы практически не имеют отличий. Они оба выполняют общую функцию нейтрализации энергии. Общая схема:

  1. Существует 2 типа конденсаторов в конструкции: банки Лейдена, где заряд накапливается, и комбинация сегмента обоих дисков с диэлектриком и алюминиевой обкладкой.
  2. Понижением заряда алюминиевых сегментов занимаются 2 вида нейтрализаторов. Первый используется для смены знака или поляризации, второй для зарядки лейденовской банки.

Вся энергия поступает не от трения алюминия и меди или электризации воздуха. Она создается за счет принудительных наполнений конденсаторов силой кручения диска. Все процессы выполняются благодаря резкому повышению в точках съема поверхностной плотности зарядов.

Применение электрофорной машины

С 70-х гг. машина Вимшурста не используется для непосредственной добычи электрической энергии. Сегодня она выступает историческим экспонатом, иллюстрирующим историю возникновения и развития научно-технического прогресса и инженерной мысли.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика Лабораторная демонстрация, для чего создают электрофорную машину, показывает различные явления и эффекты электричества.

Допустимо использование индукционных нейтрализаторов, снимая заряды с жидких диэлектриков, например нефти. На любом производстве в воздухе получить искру опасно, это может привести к пагубным последствиям, задымлению и даже взрыву.

История открытий и исследований в области электричества имеет тесную связь с применением различных конструкций и устройств для получения электрических зарядов. Свою роль в научных изысканиях сыграла электрофорная машина, действие которой основано на возбуждении электричества благодаря индукции.

Электрофорный Генератор Узнайте больше правды об Электрофорном генераторе Вимшурста

Электрофорный
Генератор или Машина Вимшурста, названа
так в честь британского инженера James
Wimshurst

(1832-1903), и
является ископаемым времен начала
электротехники. Ее развитие практически
остановилось при внедрении электромагнитных
генераторов. Сегодня они используются
только лишь для демонстрации электростатики.
Таким образом потеряно много информации
о них.

Принцип действия

Электрофорная машина
двойного вращения состоит из двух
встречно вращающихся дисков (H). На обоих
дисках находятся проводящие сегменты
(B), которые изолированы друг от друга.
Две обкладки с обоих сторон дисков
вместе образуют по одному конденсатору.
Из-за этого ее еще иногда называют —
конденсаторной машиной.
На каждом
диске находятся также по Нейтрализатор’у
(M), который отводит заряд щетками с двух
противоположных сегментов диска на
землю.
С левой и правой стороны дисков
находятся коллекторы (S).
В них поступают сгенерированные заряды
снятые гребенками с краев как переднего,
так и заднего диска. В большинстве
случаев заряды собираются в конденсаторы,
такие как например Лейденская банка
для произведения более сильных искр.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика

Принцип
действия Электрофорной машины —
использование на обоих дисках способа
взаимного усиления. Только применением
секторов на дисках вообще будет возможно
достичь эффекта. Имеются также модели,
которые работают с чистыми дисками,
однако они выдают также не такие высокие
напряжения. Когда диски покрыты плоскими
обкладками
она
состоит в принципе из многих конденсаторов,
которые образуются двумя противоположными
секторами поэтому расстояние между
дисками пожалуй имеет существенное
значение. Во время вращения обкладки
конденсатора раздвигаются , вследствие
чего неодноименные носители заряда
разносятся на все большее расстояние
друг относительно друга, что эквивалентно
повышению напряжения. На дисках
электрофорной машины заряды с
противоположной полярностью всегда
текут в противоположных направлениях.
При этом Нейтрализаторы имеют решающее
значение определять нулевой потенциал.

Дополнительно
см. Такие же эффекты влияния у электроскопа
Elektroskop
.

Возможность усовершенствования

Наибольшие
продажи этой машины –как учебное
пособие.

Предложенные
Электрофорные машины не сделаны
оптимально. Много деталей изготовлено
таким же образом как и в старых машинах,
и едва ли кто-нибудь особо разбирался
в их правильном применении. Таким образом
они ошибочно используются в большинстве
случаев или даже вредны.

Контроль щеток
и коллектора

Обязательно после покупки машины:
Щетки должны быть мягки и скользить с
незначительным сопротивлением трения
по сегментах. Если щетки из меди будут
установлены часто, они будут разрушать
сегменты, производить высокое трение,
которое приведет к образованию дыр.
Рекомендуется, применить щетки от
«серебряного дождика» (Внимание! более
новые типы изготовлены из пластмассы
с односторонне напыленным алюминием.
Они стираются быстро и затем полоски
становятся изолятором) Можно заменить
их алюминиевой фольги. Если они используют
только немного полос, максимально 10
штук.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика Здесь не текут высокие токи.
Некоторые щетки в готовых машинах
походят больше на шлейфконтакты.

Тот, кто хочет довести машину до идеала,
тот может установить в неё несколько
кистей Antistatik от лазерного принтера или
копировального аппарата. Такая кисть
могла в большинстве случаев быть
применена из волокон угля или закопченной
пластмассы,
которые хорошо проводят электричество.
Также подойдут волокна угля.

Коллекторы не должны
касаться сегментов в машинах с двумя
противоположными дисками. Они являются
самовозбуждающими, а напряжение так
высоко, что возможен съем без прикосновения.
В большинстве случаев здесь также
пригодны и щетки. Но они могут быть
заменены единственной проволокой (1,5
мм ² монтажный
провод), конец которого заточен на конце.
Округленные съемники напряжения без
заостренных вершин не годятся. По меньшей
мере необходима заостренная вершина.
Гребень с несколькими вершинами-зубчиками
еще лучше.

Что такое электростатический генератор Тестатика

Что такое электростатический генератор Тестатика

Генератор Тестатика – это устройство для генерации свободной энергии. Устройство было изобретено в Швейцарии в середине 20 века. В основу его положен принцип работы генератора Вимшурста, в конструкции которого используются элементы из меди и алюминия.

В конце двадцатого столетия лидер духовной общины Methernita, Пауль Бауманн, разработал весьма необычный генератор электрической энергии, который был назван «Тестатика».

Генератор функционировал благодаря высокому напряжению, вырабатываемому модифицированной машиной Уимшурста, и служил для преобразования статического электричества, получаемого прямо из окружающего машину воздуха, — в постоянное напряжение и ток.

И хотя концепция создания машины изначально основывалась на идее применения в ее конструкции как можно более простых и доступных элементов, генераторы данного типа, с дисками диаметром от 50 до 200 см, номинальной мощностью до 30 кВт, успешно обеспечивают все нужды общины в электричестве уже на протяжении более чем трех десятилетий.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика

Вместо лейденских банок, подобных тем что можно встретить в конструкциях обычных электрофорных машин Уимшурста, здесь используются цилиндрические конденсаторы значительно меньшей емкости, но с гораздо большей площадью наружной поверхности.

У некоторых моделей Тестатики в роли цилиндрических конденсаторов выступают доработанные воздушные фильтры от автомобилей, обладающие необходимой обширностью площади наружной поверхности, а также характерными неровностями, которые нужны для эффективного сбора статического электричества из окружающего воздуха.

Высокое напряжение подается от дисков, через неподвижные электроды, — на внутренние обкладки пары цилиндрических конденсаторов, разнесенных далеко друг от друга с тем, чтобы исключить прямое взаимодействие их внешних обкладок.

Неподвижные электроды, получающие заряд от сегментов дисков машины, не контактируют с данными сегментами напрямую. Здесь используются бесконтактные электроды большой площади с шершавой поверхностью, делающие достаточным лишь индуктивное взаимодействие с сегментами.

Очевидно, от дисков — в цепь неподвижных электродов не течет сколь-нибудь значимого тока, как в генераторе Уимшурста, а решающее значение имеет только наводимый на них и на внутренние обкладки цилиндрических конденсаторов электрический заряд. Это говорит о том, что ток нагрузки образуется в другой цепи, — в цепи, непосредственно присоединенной к наружным обкладкам пары конденсаторов, в которую и включается нагрузка.

Кроме цепи присоединяемой внешней нагрузки, связанной только с наружными обкладками цилиндрических конденсаторов, в конструкции машины присутствуют постоянно включенные индуктивные элементы с подковообразными сердечниками, соединенные с дополнительными конденсаторами в замкнутой приводной цепи машины.

Приводящие электроды расположены в четырех местах сверху и снизу как в обычной электрофорной машине Уимшурста, чтобы даже без нагрузки поддерживать вращение дисков. Эти электроды связаны с приводящей цепью, которая питается от тех же боковых электродов, что и большие цилиндрические конденсаторы.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика

Когда нагрузка больше — диски вращаются быстрее, когда нагрузка меньше — медленнее. Это говорит о том, что чем быстрее утилизируются заряды с внешних обкладок больших конденсаторов — тем меньше их остается на боковых электродах, и тем меньшее тормозящее (электростатическое отталкивание) действие они оказывают на диски. При этом приводная цепь, обладающая сравнительно более высокой добротностью, действия нагрузки не испытывает и продолжает вращать диски.

Есть мнение, что в некоторых машинах Тестатика присутствует двигатель, приводящий диски во вращение, однако при детальном рассмотрении ни на одной из доступных в сети фотографий невозможно обнаружить двигатель. И это понятно, ведь обратимость электрофорной машины — известный, не вызывающий сомнений, научный факт.

Ранее ЭлектроВести писали, что пока Китай готовится перезапустить после трехлетнего моратория свою заглохшую ядерную программу, ученые из лаборатории округа Хэфэй вместо грубого расщепления атомов занимаются ядерным синтезом, мечтая «поместить Солнце в коробку».

По материалам: electrik.info.

Электрофорная машина (генератор Вимшурста) Wimshurst

Описание машины Вимшурста

Машина состоит из двух дисков, которые выполнены из хорошего диэлектрика, например эбонита, акрила и т.п. Эти диски свободно насажены на ось и могут вращаться вокруг горизонтальной оси. Сами диски располагаются вертикально. С помощью рукоятки 1 оба диска приводятся в разнонаправленное вращение. Один диск вращается по часовой стрелки, а другой против часовой. Это обеспечивается с помощью приводных ремней 2 и 3, один из которых перекручен на 180° на одном из шкивов. За счет этого обеспечивается разнонаправленное вращение дисков, которое необходимо для индукции зарядов. Оба диска вращаются от одной рукоятки и поэтому будут вращаться одновременно.

На наружной части каждого диска наклеены металлические полоски 4, которые не касаются краев диска, а выполнены на некотором расстоянии от них.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика Полоски расположены радиально, в виде лучей, исходящих из центра диска. Оба диска имеют одинаковое количество и расположение полосок, можно сказать, что один диск является отражением другого.

Полоски при вращении дисков соприкасаются со щётками 5, которые выполняют роль контакта для переноса заряда по проводникам 6, 7, 8 и 9. При работе машины Вимшурста металлические полоски в месте контакта со щетками могут изнашиваться и конструктивно этот износ должен быть сведен к минимуму, а надежность контакта к максимуму. Проводники 6 и 7 служат для съема и накопления образованных зарядов с обоих дисков. Проводники 8 и 9 расположены каждый по одну сторону диска и соединяют диаметрально противоположные полоски.

Таким образом мы имеем два типа проводников. Одни (6 и 7) для съема зарядов, а 8 и 9 для установления своеобразной «земли» — линии нейтрального потенциала. Проводники 6 и 7 расположены на одной геометрической диаметральной оси относительно дисков, а проводники 8 и 9 относительно друг друга повернуты на угол 90°.

Можно также заметить, что между проводниками 8 и 9 проводники 6 и 7 расположены по середине и отстоят на угол 45°. Таким образом мы видим, что конструктивно машина выполнена симметрично и достаточно просто, чтобы изготовить ее самостоятельно.

Немного из истории изобретения

Электрофорная машина разработана в далеком тысяча восемьсот шестьдесят пятом году Августом Теплером, немецким физиком. Что любопытно, совершенно независимо другой ученый-экспериментатор Вильгельм Гольц изобрел подобную конструкцию, но даже более совершенную, так как его аппарат позволял получить большие значения разностей потенциалов и мог служить источником постоянного тока. К тому же гольцевская машина была намного более простой в конструкции. В конце девятнадцатого века английский экспериментатор в области электричества и механики Джеймс Вимшурст усовершенствовал агрегат. И по сегодняшний день именно его вариант (пусть и чуть более современный) используется для демонстраций электродинамических опытов благодаря способности создавать огромную разность потенциалов между коллекторами.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика Электрофорная машина была улучшена уже в сороковых годах двадцатого века ученым по фамилии Иоффе, который разработал новый тип электростатических генераторов для осуществления питания рентгеновской установки. Хотя машину Вимшурста сейчас не используют для непосредственной задачи добычи электрической энергии, она является историческим экспонатом, который иллюстрирует историю развития инженерной мысли и научно-технического прогресса.

Описание работы электрофорной машины

При вращении рукоятки диски начинают двигаться в противоположных направлениях. Щетки, которые обычно выполняются в виде мишуры начинают контактировать то с одними, то с последующими металлическими полосками. С каждым оборотом начинает накапливаться всё больший и больший заряд, что обеспечивает увеличение потенциала на контактах 6 и 7. Для лучшего накопления используют конденсаторы в виде лейденских банок.

Как только накопленный заряд достигает максимального значения для используемой конструкции машины Вимшурста, дальнейший рост заряда прекращается. Чем больше диаметра дисков и чем больше скорость вращения, тем больший заряд способна выработать электрофорная машина.

Что такое банки Лейдена

Первым электрическим конденсатором, созданным учеными из Голландии Питером ван Мушенбруком, была лейденская банка. Изобретенный конденсатор имеет форму цилиндра с широким или средним горлом разного диаметра. Лейденскую банку делают из стекла. Изнутри и снаружи она оклеена специальным листовым оловом. Прикрывается изделие деревянной крышкой. Главной функцией изобретения является накопление и хранение больших зарядов.

Стимулировало создание такой банки широкое изучение электричества, общей скорости его распространения, а также свойств проводимости электроэнергии различных материалов. Благодаря ей получилось впервые добыть электрическую искру искусственным путем. Сейчас банки Лейдена применяются только как неотъемлемая часть электрофорных машин.

Как происходит накопление заряда?

Предположим, что первый круг имеет недостаток свободных зарядов, что в нашем случае означает недостаток свободных электронов в металлических пластинах.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика При движении второго диска его пластины будут поочередно соприкасаться со щетками на проводнике 8, и, соответственно, на них будет образован избыток свободных носителей зарядов.

Это происходит потому, что пластины с обоих сторон, между которыми расположен диэлектрик (материал дисков), представляют собой плоский конденсатор, но такой конденсатор, обкладки которого двигаются. Электрический заряд на таком конденсаторе индуцируется, или иначе говоря — наводится.

Дальше происходит следующее. Пластины, второго диска, дойдя до щеток контакта 6 отдадут свои электроны в накопитель в виде лейденской банки (конденсатор). Эта лейденская банка будет накапливать заряд -Q

. Затем настанет очередь следующих за ними пластин и так далее. Аналогичный процесс происходит и на первом диске, так как он так же вращается, но в другом направлении. Здесь можно сказать, что свободные носители как бы выкачиваются из другой лейденской банки, тем самым образуя на ней недостаток электронов, а значит ею приобретается заряд
+Q
.

Чем чаще пластины обоих дисков соприкасаются со щетками на проводниках 6 и 7, тем большее количество зарядов накапливается на них. Лейденские банки, если они установлены, будут заряжаться всё сильнее и сильнее, до тех пор, пока кулоновские силы не начнут противодействовать дальнейшему накоплению зарядов. Это значит, что есть предел накопления, который можно характеризовать также и разностью потенциалов (напряжением) между двумя контактами 6 и 7.

Если же в дальнейшем разрядить оба контакта, накопившие +Q

и
-Q
, либо друг на друга, либо передать заряд в другую электрическую емкость, то дальнейшее накопление заряда станет вновь возможным.

Вы можете спросить. Откуда берется первоначальный заряд?

Дело в том, что он существует всегда. Любые два проводника, разделенные диэлектриком (газ, жидкость, твердое тело) всегда имеют емкость, и более того, они имеют разность потенциалов, что говорит о наличии на одном таком проводнике большего количества свободных носителей зарядов, чем на другом.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика

Электрофорная машина Вимшурста является машиной с самовозбуждением, то есть для начала ее работы не требуется подвод какого-либо дополнительного заряда.

Материалы и компоненты

Необходимо будет для монтажа: паяльник и припой, отвертка и плоскогубцы. Два мотора от старых CD плееров и всякая крепёжная мелочёвка.

Генератор работает от двух батареек АА и способен создавать разряды длинной 2 см. Самое сложное тут — 120 мм диски. Их нужно изготовить по такому принципу: взять два лазерных диска от CD или DVD. Сегменты приклеить из алюминиевого скотча (25 секторов). Приклеить диски к моторчикам. Сделать щетки из алюминиевых полосок.

Если всё сделать и настроить как надо, то искра достигнет размеров около 20 мм, а разряд будет пробивать каждые 0,5 сек.

Электрофорная машина (генератор Вимшурста)

Электрофорная машина работает как непрерывный источник электрической энергии. Этот прибор используют зачастую как вспомогательный для демонстраций различных электрических явлений и эффектов.

Электрофорная машина (генератор Вимшурста)

Немного из истории изобретения

Электрофорная машина разработана в далеком тысяча восемьсот шестьдесят пятом году Августом Теплером, немецким физиком. Что любопытно, совершенно независимо другой ученый-экспериментатор Вильгельм Гольц изобрел подобную конструкцию, но даже более совершенную, так как его аппарат позволял получить большие значения разностей потенциалов и мог служить источником постоянного тока. К тому же гольцевская машина была намного более простой в конструкции. В конце девятнадцатого века английский экспериментатор в области электричества и механики Джеймс Вимшурст усовершенствовал агрегат. И по сегодняшний день именно его вариант (пусть и чуть более современный) используется для демонстраций электродинамических опытов благодаря способности создавать огромную разность потенциалов между коллекторами. Электрофорная машина была улучшена уже в сороковых годах двадцатого века ученым по фамилии Иоффе, который разработал новый тип электростатических генераторов для осуществления питания рентгеновской установки.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика Хотя машину Вимшурста сейчас не используют для непосредственной задачи добычи электрической энергии, она является историческим экспонатом, который иллюстрирует историю развития инженерной мысли и научно-технического прогресса.

Электрофорная машина

Конструкция электрофорной машины

Этот аппарат состоит из двух дисков, которые вращаются навстречу друг другу. Работа электрофорной машины как раз и заключается в осуществлении такого двойного обоюдного вращения. На дисках расположены токопроводящие изолированные друг от друга сегменты. С помощью обкладок сторон обоих дисков образовываются конденсаторы. Именно поэтому электрофорная машина иногда называется конденсаторной. На дисках расположены нейтрализаторы, которые отводят заряды от противоположных элементов дисков на землю с помощью щеток. Коллекторы находятся слева и справа. Именно на них поступают снятые гребенками с заднего и переднего дисков генерируемые сигналы.

Электрофорная машина

Что такое банки Лейдена?

Во многих случаях заряды накапливаются на конденсаторах. Их называют банками Лейдена. После этого возможно воспроизведение намного более сильных разрядов и искр. Внутренние обкладки каждого конденсатора соединяются с кондукторами по отдельности. Щетки, которые касаются секторов дисков, объединены с внутренними обкладками банок Лейдена. Вся конструкция на сегодняшний день монтируется на пластмассовых стойках. Вместе с лейденовскими банками части машины закрепляются на подставке из дерева. Учитывая наглядность конструкции, электрофорная машина своими руками может быть сделана достаточно просто. Даже человек, который не имеет специального технического образования, может ее собрать и эксплуатировать в свое удовольствие.

На чем основана работа электрофорной машины?

Использование взаимного усилия обоих дисков – именно этот принцип является основным в данном устройстве. Эффект возникновения разности потенциалов, а затем разрядов и искр достигается правильным расположением секторов.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика Конечно, существуют разработки, использующие и чистые диски, но подобный коэффициент полезного действия они не выдают. Такие конструкции часто применяются в небольших учебных учреждениях. Расстояние между дисками у такого прибора, как электрофорная машина, играет важнейшую роль и оказывает существенное влияние на достижение необходимого напряжения на конденсаторах.

Электрофорная машина

Каков принцип работы аппарата?

Электрофорная машина с момента ее изобретения (а это начало восемнадцатого века) пережила много изменений. Но основная идея осталась. Основой конструкции машины являются диски с наклеенными обкладками (металлическими полосами). Приложив определенную механическую силу с помощью ременной передачи, их можно вращать в разные стороны, противоположные друг другу. На обкладке одного диска возникает положительный заряд. Он притянет к себе другой заряд (отрицательный). Положительный уйдет через проводник со щетками (нейтрализатор), который касается противоположной обкладки. Поворачивая диски, получаем заряды, аналогичные исходным. Но они уже будут влиять на другие обкладки. Учитывая то, что диски вращаются в противоположные стороны, заряды стекаются к коллекторам. У такого демонстрационного аппарата, как электрофорная машина, принцип работы основан именно на этом моменте. На щетках обоих дисков, которые не касаются их поверхности и находятся по краям, заряды в какой-то момент становятся настолько огромными, что в воздушном пространстве возникает пробой, и проскакивает электрическая искра. Именно поэтому к коллекторам можно присоединять дополнительные конденсаторы разных емкостей, что придаст большую красоту эффекту возникновения разряда.

Электрофорная машина из cd дисков и 2-х кулеров

Самодельная электрофорная машина из cd дисков и 2-х кулеров собранная своими руками, вырабатывает примерно 20 000 В., что ограниченно расстоянием между обкладками конденсаторов диска.

Берем два компакт диска и очищаем их от слоя-носителя информации (с CD-R дисков легче всего удалить этот слой).Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика После обезжириваем поверхность спиртом. Далее из алюминиевого скотча (продается в строительных магазинах), нарезаем сектора и приклеиваем их на диски.

У двух вентиляторов от СБ компьютера, обрезаем лопасти и с помощью двухстороннего скотча приклеиваем двигатели к дискам. Собираем электрофорную машину. Зазор между дисками должен быть минимальным, от этого зависит КПД устройства. Щетки сделаны из многожильного провода (МГТФ). Держатели щеток — медная проволока, диаметром 1 мм.

Запуск. Если расположение щеток правильное и они касаются обкладок дисков, электрофорная машина при запуске начнет вырабатывать статическое электричество. Но продлится это недолго. Между щетками и обкладкой появится зазор, исправляем это путем легкого придавливания щеток к дискам, либо заряжаем диски электричеством (например, наэлектризовав расческу).Если все правильно сделано, то при работе электрофорной машины, вы почувствуете запах озона и услышите легкий треск статического электричества.

Генератор Вимшурста (Wimshurst

) является
индукционной электростатической машиной
. В ней статический заряд образуется не с помощью трибоэлектричества, когда присутствует трение, а через индуцирование зарядов. У этого класса машин выше КПД в сравнении с теми, где используется трение.

Введение

История исследования и открытий в области электричества тесно связана с использованием разнообразных конструкций электрических машин устройств, для получения электрических зарядов, называемых также электростатическими машинами. Конструкция электростатических машин основана на принципе получения электрической энергии за счет механической работы, затрачиваемой при приведении в движение (вращение) подвижных частей машины, в первую очередь, на преодоление сил притяжения или отталкивания, действующих в каждый момент между разноименно и одноименно наэлектризованными движущимися частями машины.

Изучение принципов действия электростатических машин, подразделяемых на машины трения и электрофорные машины, способствовало лучшему пониманию природы электричества, поэтому они являлись не только устройствами для получения больших электрических зарядов, но и научно-исследовательскими стендами.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика

В отличие от машин трения действие электрофорных машин основано на возбуждении электричества благодаря явлению индукции, т.е. без непосредственного соприкосновения вызывающих электризацию частей машины.

В данной курсовой работе с помощью электрофорной машины я продемонстрирую изучение основ электродинамики и электростатики, характер распределения зарядов на поверхности проводника, введение понятия «электроёмкость» с помощью электрофорной машины.

Электростатический генератор Тестатика своими руками

Сейчас в открытом доступе довольно много информации о внешнем виде и эксплуатации аппарата, вся она предположительная и технически сложная. На протяжении многих лет агрегат демонстрировался различным техническим специалистам и инженерам, которые приглашались в общину, но за 30 лет никто так и не получил рабочего прототипа устройства, чтобы его можно было собрать за пределами Methernitha. По убеждению метернитов, для того, чтобы понять природу и ощутить её голос, человек обязан испытать тишину и одиночество. Ведь именно там были получены знания об этой технологии.

Но народные умельцы не оставляют надежды получить свободную энергию и пытаются воссоздать творение Пола Бауманна своими руками.

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Электрофорная машина — это… Что такое Электрофорная машина?

Электрофорная машина

Электрофо́рная маши́на (генератор Уимшерста (Вимшурста) (англ. Wimshurst)) — демонстрационный вспомогательный прибор по теме «электричество». Использует явление электростатической индукции, при этом на полюсах машины (лейденских банках) накапливаются электрические заряды, разность потенциалов на разрядниках достигает нескольких сотен тысяч вольт.

Описание работы

Схема электрофорной машины Вимшурста

Машина состоит из двух соосных дисков (А и В) из изолирующего материала, на которые нанесены проводящие сегменты (см. схему). Диски приводятся во встречное вращение с равной угловой скоростью.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика Предположим, что сегмент A1 вначале несёт небольшой избыточный положительный заряд, а сегмент B1 — отрицательный. Когда A1 движется влево, а B1 — вправо, их потенциалы растут за счёт работы, выполняемой против силы их электростатического притяжения.

Когда A1 достигает положения напротив сегмента B2 пластины B, который в этот момент контактирует со щёткой Y, он будет под высоким положительным потенциалом и, таким образом, вызовет разделение заряда в проводнике, соединяющем Y и Y1, перенеся большой отрицательный заряд на B2 и большой положительный заряд на удалённый сегмент, которого в этот момент касается щётка Y1.

Двигаясь дальше, A1 касается щётки Z и частично разряжается во внешнюю цепь (нагрузкой может быть, например, лейденская банка). При последующем вращении дисков, А1 касается щётки X, которая связана проводником со щёткой X1, и снова получает заряд, на этот раз отрицательный, который отталкивается отрицательно заряженным сегментом B2 (находящимся в этот момент напротив сегмента на диске А, контактирующего со щёткой X1). Таким образом, положительный заряд переносится справа налево верхней частью диска А, а отрицательный слева направо его нижней частью.

Схема работы электрофорной машины. Секторы представлены движущимися квадратами, контактные щётки — стрелками. Красным цветом обозначен положительный заряд, зелёным — отрицательный.

История

Электрофорная машина была создана в 1865 немецким физиком-экспериментатором Августом Тёплером (англ.). Одновременно с Тёплером и независимо от него электрофорную машину изобрёл другой немецкий физик Вильгельм Гольц (англ.) (1836—1913). Машина Гольца по сравнению с машиной Тёплера позволяла получать большую разность потенциалов и могла использоваться в качестве источника постоянного электрического тока. В то же время она имела более простую конструкцию[1]. Между 1880 и 1883 годом её усовершенствовал английский изобретатель Джеймс Вимшурст. Используемые в настоящее время для демонстраций электрофорные машины представляют собой модификации машины Вимшурста.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика

См. также

Примечания

  1. Электрофорная машина Гольца [1]

Ссылки

Как сделать электрофорную машину своими руками — Меандр — занимательная электроника

Электрофорная машина работает как непрерывный источник электрической энергии. Этот прибор используют зачастую как вспомогательный для демонстраций различных электрических явлений и эффектов. Но какова его конструкция и особенности?

Немного из истории изобретения

Электрофорная машина разработана в далеком тысяча восемьсот шестьдесят пятом году Августом Теплером, немецким физиком. Что любопытно, совершенно независимо другой ученый-экспериментатор Вильгельм Гольц изобрел подобную конструкцию, но даже более совершенную, так как его аппарат позволял получить большие значения разностей потенциалов и мог служить источником постоянного тока. К тому же гольцевская машина была намного более простой в конструкции. В конце девятнадцатого века английский экспериментатор в области электричества и механики Джеймс Вимшурст усовершенствовал агрегат. И по сегодняшний день именно его вариант (пусть и чуть более современный) используется для демонстраций электродинамических опытов благодаря способности создавать огромную разность потенциалов между коллекторами. Электрофорная машина была улучшена уже в сороковых годах двадцатого века ученым по фамилии Иоффе, который разработал новый тип электростатических генераторов для осуществления питания рентгеновской установки. Хотя машину Вимшурста сейчас не используют для непосредственной задачи добычи электрической энергии, она является историческим экспонатом, который иллюстрирует историю развития инженерной мысли и научно-технического прогресса.

Конструкция электрофорной машины

Этот аппарат состоит из двух дисков, которые вращаются навстречу друг другу. Работа электрофорной машины как раз и заключается в осуществлении такого двойного обоюдного вращения. На дисках расположены токопроводящие изолированные друг от друга сегменты.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика С помощью обкладок сторон обоих дисков образовываются конденсаторы. Именно поэтому электрофорная машина иногда называется конденсаторной. На дисках расположены нейтрализаторы, которые отводят заряды от противоположных элементов дисков на землю с помощью щеток. Коллекторы находятся слева и справа. Именно на них поступают снятые гребенками с заднего и переднего дисков генерируемые сигналы.

Что такое банки Лейдена?

Во многих случаях заряды накапливаются на конденсаторах. Их называют банками Лейдена. После этого возможно воспроизведение намного более сильных разрядов и искр. Внутренние обкладки каждого конденсатора соединяются с кондукторами по отдельности. Щетки, которые касаются секторов дисков, объединены с внутренними обкладками банок Лейдена. Вся конструкция на сегодняшний день монтируется на пластмассовых стойках. Вместе с лейденовскими банками части машины закрепляются на подставке из дерева. Учитывая наглядность конструкции, электрофорная машина своими руками может быть сделана достаточно просто. Даже человек, который не имеет специального технического образования, может ее собрать и эксплуатировать в свое удовольствие.

На чем основана работа электрофорной машины?

Использование взаимного усилия обоих дисков – именно этот принцип является основным в данном устройстве. Эффект возникновения разности потенциалов, а затем разрядов и искр достигается правильным расположением секторов. Конечно, существуют разработки, использующие и чистые диски, но подобный коэффициент полезного действия они не выдают. Такие конструкции часто применяются в небольших учебных учреждениях. Расстояние между дисками у такого прибора, как электрофорная машина, играет важнейшую роль и оказывает существенное влияние на достижение необходимого напряжения на конденсаторах.

Каков принцип работы аппарата?

Электрофорная машина с момента ее изобретения (а это начало восемнадцатого века) пережила много изменений. Но основная идея осталась. Основой конструкции машины являются диски с наклеенными обкладками (металлическими полосами).Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика Приложив определенную механическую силу с помощью ременной передачи, их можно вращать в разные стороны, противоположные друг другу. На обкладке одного диска возникает положительный заряд. Он притянет к себе другой заряд (отрицательный). Положительный уйдет через проводник со щетками (нейтрализатор), который касается противоположной обкладки. Поворачивая диски, получаем заряды, аналогичные исходным. Но они уже будут влиять на другие обкладки. Учитывая то, что диски вращаются в противоположные стороны, заряды стекаются к коллекторам. У такого демонстрационного аппарата, как электрофорная машина, принцип работы основан именно на этом моменте. На щетках обоих дисков, которые не касаются их поверхности и находятся по краям, заряды в какой-то момент становятся настолько огромными, что в воздушном пространстве возникает пробой, и проскакивает электрическая искра. Именно поэтому к коллекторам можно присоединять дополнительные конденсаторы разных емкостей, что придаст большую красоту эффекту возникновения разряда.

fb.ru

Как работает машина Wimshurst?

Машина Вимшерста генерирует искры за счет электростатической индукции.


СМОТРЕТЬ ВИДЕО


Прочие демонстрации интересов:

Простой двигатель постоянного тока

Эффект Мейснера

Как работает рельсовая пушка


Темы для обучения:

  • Электростатическая индукция
  • Электропроводность
  • Электрический потенциал

Теория:
Машина Вимшерста, изобретенная Джеймсом Вимшерстом, представляет собой устройство, которое использует электростатическую индукцию для создания электрического потенциала между двумя электродами.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика Машина Wimshurst состоит из нескольких основных частей, которые можно увидеть на рисунках ниже:

  1. Диски диэлектрические

  2. Электроды

  3. Токопроводящие пластины

  4. Щетка двусторонняя

  5. Гребни для сбора

  6. Лейденские банки

  7. Ручка

Машина Вимшерста запускается с небольшого заряда на одной из проводящих пластин.Этот заряд обычно исходит от окружающей среды, поэтому диски не будут идеально нейтральными. Если бы изначально не было заряда, эта машина ничего бы не сделала, так как ей нужен заряд, чтобы вызвать заряд. Этот заряд может быть как положительным, так и отрицательным. Для пояснения скажем, что заряд на пластине положительный.

Когда колесо вращается, положительный заряд будет двигаться к двусторонней щетке на другом диске. Когда он выравнивается с этой щеткой, он вызывает отрицательный заряд в проводящей пластине прямо напротив нее на другом диске.Этот отрицательный заряд, в свою очередь, вызовет появление положительного заряда на пластине на другом конце щетки.

По мере того как диски продолжают вращаться, исходный положительный заряд достигает собирающих гребенок с одной стороны и затем накапливается в конденсаторе лейденской банки. Между тем положительный и отрицательный заряды на другом диске будут вращаться в другом направлении. Когда они выстраиваются в линию с двусторонней щеткой на противоположном диске, они индуцируют положительный и отрицательный заряд на проводящих пластинах напротив них.

Эти новые заряды будут вращаться до тех пор, пока они не выровняются с другой двусторонней щеткой, вызывая больше зарядов, поскольку другие заряды достигают собирающих гребней и сохраняются. Этот цикл продолжается, все больше и больше зарядов индуцируются, а затем накапливаются, пока не разрядятся в виде искры! Затем весь цикл повторяется.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика

Процедура:

  • Проверните ручку машины Вимшерста.
  • Убедитесь, что электроды находятся на расстоянии нескольких сантиметров друг от друга.
  • Следите за искрами!

Примечание. Обязательно разрядите электроды, соприкоснув их друг с другом после завершения эксперимента, чтобы избежать поражения электрическим током.

Как построить машину Вимшерста на 30 киловольт! : 25 шагов (с изображениями)

Начало: Зарядка секторов

Каждый диск покрыт металлическими секторами с обращенных наружу сторон. Все начинается с любого сектора, который имеет чистый заряд, то есть у них несбалансированное количество положительного или отрицательного заряда.Пока секторы чистые и сухие, обычно есть хотя бы один заряженный. Допустим, что отмеченный сектор на рис.3. на передней стороне есть чистый отрицательный заряд.

Этот отрицательный сектор влияет на сектор, к которому он обращен на заднем диске, отталкивая отрицательный заряд к дальней стороне заднего сектора (поскольку одинаковые заряды отталкиваются) и оставляя ближнюю сторону с положительным зарядом (поскольку разные заряды притягиваются). Этот процесс называется электростатической индукцией. Машину Вимшерста называют машиной влияния, поскольку заряд в одном секторе влияет на распределение заряда в другом секторе.Обратите внимание, что даже несмотря на то, что на распределение заряда в заднем секторе влияет, он все еще имеет чистый отрицательный заряд, поскольку весь заряд по-прежнему содержится в металлическом секторе.

Нейтрализующий заряд

Рис.4. показывает, что происходит рядом с задним диском, на который только что воздействовали. На каждом диске имеется нейтрализующий стержень. На каждом конце полосы нейтрализации есть щетка, которая касается секторов по мере их прохождения. Существует четное количество секторов, что означает, что когда щетка касается сектора, полоса электрически соединяет этот сектор с другим сектором на другом конце полосы.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика Исходный отрицательный сектор теперь может протолкнуть отрицательный заряд на задний сектор еще дальше через нейтрализующую полосу к сектору в конце полосы. Это приводит к тому, что все три сектора получают чистый заряд.

Причина, по которой она называется нейтрализующей полосой, заключается в том, что с ее точки зрения она просто нейтрализует заряд в двух секторах, которых она касается. Несмотря на то, что эти секторы имеют противоположный заряд, в действительности нейтрализующая полоса «видит» только поверхностный заряд, который одинаков для обоих секторов.

Сразу после нейтрализации заряда

На рис. 5а представлена ​​ситуация сразу после нейтрализации поверхностного заряда на обоих секторах после того, как диски немного повернуты в сторону от щеток. Первый сектор остается с положительным зарядом, так как отрицательный заряд только что был снят с него нейтрализующей полосой. Второй сектор только что получил отрицательный заряд от нейтрализующей планки, поэтому он остается заряженным отрицательно.

Повторить!

Теперь у нас есть 3 заряженных сектора: исходный, с которого началась последовательность событий, первый заряженный сектор и второй заряженный сектор.На рис. 5b заряженные секторы на задней стороне повернуты больше туда, где они обращены к секторам на передней стороне, как раз тогда, когда эти передние секторы касаются нейтрализующей планкой на передней стороне. Весь процесс повторяется с секторами, влияющими на заряд в большем количестве секторов и так далее.

Обратите внимание, что воздействующее и нейтрализующее событие заставляет один сектор заставлять сектор, обращенный к нему на противоположном диске, заряжаться противоположным зарядом. Исходный отрицательный сектор создал положительно заряженный сектор.Как только диск был повернут в правильное положение, этот положительно заряженный сектор продолжал создавать отрицательно заряженный сектор.

Переход к сборщикам заряда

Передний и задний диски (которые вращаются в противоположных направлениях) вызывают заряды, показанные на рисунке 6, после того, как воздействующее и нейтрализующее событие повторяется достаточное количество раз.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика Если вы посмотрите внимательно, все отрицательно заряженные сектора направляются к левому коллектору, а все положительно заряженные сектора направляются к правому коллектору.Вы также заметите, что в секторах, которые только что прошли через любой из коллекторов заряда, был собран заряд, и теперь они в целом нейтральны. Так продолжается до тех пор, пока он не достигнет нейтрализующих щеток, где воздействующее и нейтрализующее действие перезарядит их.

Сбор заряда

Гребни сборщика заряда физически не касаются секторов. Вместо этого у них есть острые кромки, обращенные к секторам, и между ними есть воздушный зазор. В качестве примера рассмотрим левый коллектор на рис.7а. Отрицательный заряд на секторах отталкивает электроны от острия, оставляя положительный заряд. Электрический заряд имеет тенденцию накапливаться вокруг острых предметов. Положительный заряд, собранный вместе, приводит к возникновению сильного электрического поля в зазоре между заряженными секторами и коллекторными гребешками. Это сильное электрическое поле ионизирует молекулы воздуха и делает их проводящими, образуя синевато-пурпурную корону возле острия. Этот токопроводящий воздух значительно снижает сопротивление, которое обычно имеет воздух. Это приводит к тому, что отрицательный заряд на секторах перескакивает через зазор к коллектору, в результате чего сектора снова остаются нейтральными (рис.7б).

Тот же процесс происходит на правом коллекторе, только с противоположными зарядами. Поскольку секторы, подходящие к правым коллекторам, положительны, секторы получат электроны от коллектора, что снова сделает эти сектора нейтральными.

Лейденские банки и искровой разрядник

Остальная часть схемы состоит из искрового разрядника и двух лейденских банок, которые представляют собой два последовательно соединенных цилиндрических конденсатора. Искровой разрядник также представляет собой конденсатор, хотя и гораздо меньшего размера, чем у лейденских банок.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика Он также имеет диэлектрик (воздух), который легко разрушается. И искровой разрядник, и цепь лейденских банок параллельны коллекторам (рис.8). Шунт часто используется для простого подключения и отключения лейденских банок. При отключении лейденских банок они отключаются от цепи, и искровой разрядник обеспечивает единственную емкость в цепи.

Как видно на рисунке 8, коллекторы действуют как источник питания для конденсаторной цепи, а искровой промежуток действует как конденсатор и как переключатель, замыкающий при высоком напряжении.

Заряд, собранный из секторов, заряжает лейденские банки и искровой разрядник. Лейденские банки рассчитаны на то, чтобы выдерживать более высокое напряжение, чем разрядник, поэтому, если все пойдет по плану, разрядник выйдет из строя раньше, чем это произойдет. Как только это происходит, возникает короткое замыкание. Весь накопленный в лейденских банках заряд быстро вываливается через искровой разрядник в виде большого ZZZZZZZAAAAAAPPP !!!

Машина Вимшерста — оживите ее

Машина Wimshurst — инв.82113
Крис Паркин — ведущий специалист по вопросам образования, Музей истории науки (директор проекта)

Этот прибор назван в честь британского изобретателя Джеймса Вимшерста, который разработал его в начале 1880-х годов для выработки электроэнергии высокого напряжения. Такая машина может легко создать разность потенциалов до 50 или 60 тысяч вольт.

Как это работает?

Когда ручка поворачивается, два изолированных стеклянных диска вращаются в противоположных направлениях с помощью роликов-роликов.Пластины покрыты секторами оловянной фольги, расположенными через равные промежутки времени.

Для запуска процесса, при котором каждый сектор индуцирует равный и противоположный заряд в проходящем секторе на соседней пластине, требуется лишь небольшое количество заряда, находящегося в любом из секторов.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика Это, в сочетании с действием двух наборов металлических стержней нейтрализатора и их щеток, установленных под прямым углом друг к другу, обеспечивает экспоненциальное накопление и отделение положительного заряда от отрицательного.

Заряды собираются металлическими гребешками, расположенными у поверхности пластин, и передаются к конденсаторам, установленным на передней части машины, известным как лейденские банки.Как только электрический заряд, накопленный в конденсаторах, достигает уровня, при котором достигается напряжение пробоя диэлектрика воздуха, электрическая искра, подобная молнии, прыгает через зазор между проводящими якорями.

Такие «влияющие» или индукционные машины, как их иногда называли, были гораздо более надежными, чем предыдущие электрические машины, и поэтому машина Вимшерста стала очень популярной в лабораториях конца 19-го и начала 20-го веков для проведения электрических экспериментов и из-за высокое напряжение, которое они могли генерировать, использовалось в ранних рентгеновских экспериментах.

Рентгеновская трубка типа Джексона и флуоресцентный экран, используемые с машиной Виншерста

А что насчет этой конкретной машины?

Эту машину использовал именно для этой цели ее владелец, E.G. Спенсер-Черчилль, который учился в колледже Магдалины в Оксфорде, когда он купил его в 1898 году. Он начал экспериментировать с рентгеновскими лучами, фотографируя конечности своих друзей для их развлечения.

С началом англо-бурской войны Спенсер-Черчилль стал лейтенантом гренадерской гвардии и взял аппарат с собой в Южную Африку, где он использовался между 1900 и 1902 годами вместе с рентгеновской трубкой типа Джексона. и флуоресцентный экран Медицинского корпуса Королевской армии для обнаружения пуль, шрапнели и переломов у раненых солдат, таким образом являясь пионером новой техники в боевой хирургии.

Рентгеновский снимок перелома запястья из архива Хикмана, MHS

К 1896 году многодисковые аппараты Вимшерста нашли новое применение в качестве генераторов рентгеновских лучей для рентгенографии и электротерапии.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика За этот вклад в медицинскую науку он был избран членом Королевского общества в 1898 году.

Загрузите этот текст в формате PDF здесь.

Документ без названия

Документ без названия

Машина Вимшерста состоит из трех основных частей: параллельного вращения.
тарелки, нейтрализующие стержни и сборные гребни.

Машина Вимшерста развивает максимальный электростатический потенциал
в зависимости от количества используемых пластин и их диаметра, а также расстояния между
тарелки. Увеличение скорости вращения пластин не увеличивает
максимальное напряжение разряда это только уменьшает время, необходимое машине, чтобы получить
его полный электростатический потенциал (заряд).

Полоски металлической фольги, называемые «секторами», расположены равномерно.
по внешней поверхности каждой пластины.Эти сектора помогают отводить пластины
превышение заряда. Заряды, которые накапливаются на секторах, снимаются попарно.
сбора гребешков из мишурных ниток.

Машина Wimshurst работает с индукцией и не зависит от
на трение, чтобы произвести электростатический заряд в отличие от генератора Ван де Граффа.
Квадранты отрицательного и положительного заряда создаются на пластинах за счет индукции.
между передней и задней пластинами. Поскольку пластины вращаются, эти положительные и отрицательные
заряды отводятся через металлические секторы собирающими гребенками.Индукция требует, чтобы объект был первоначально заряжен, прежде чем вы сможете его использовать.
чтобы вызвать заряд в чем-то еще. Пластины на машине Wimshurst имеют
начальный дисбаланс заряда только из-за того, что они были обработаны, когда они были собраны вместе,
когда машина вращается, она фактически усиливает начальную несбалансированность заряда.

Глядя на рисунок слева, предположим, что квадрант
КД задней пластины имел небольшой отрицательный заряд до того, как кривошип был
повернулся.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика Это вызовет небольшой положительный заряд на передней пластине в
тот же сектор. Когда вы поворачиваете рукоятку, электроны на переднем секторе пластины
в точке C отталкиваются электронами, скопившимися на задней пластине. Что
подталкивает их нейтрализующим стержнем к A, что является более желательным местом
потому что задняя пластина имеет положительный заряд. Это оставляет
Квадрантный CD с недостатком электронов и чистым положительным зарядом, и богатый электронами
квадрант AB становится более отрицательно заряженным.

Обратите внимание, что задняя пластина, которая вращается в противоположном направлении.
направление работает взаимно. Электроны движутся сзади
нейтрализующий стержень от B к D. Таким образом, на задней пластине квадрант AB становится
больше положительного, и квадрант CD становится более отрицательным. Это позволяет
передний нейтрализующий стержень, чтобы собрать больше отталкиваемых электронов и т. д.

В области передних и задних сборных гребней
пластины имеют одинаковый заряд.Заряды на пластинах отталкиваются друг от друга
в тех областях. Это позволяет гребенкам собирать излишки
заряды и отправить их в разряд шаров. Обвинения будут продолжаться
накапливаться до поверхностной утечки или искры между разрядными шариками
рассеивает их.

Задний

Работа машины Вимшерста

Работа машины Вимшерста

Работа машины Вимшерста

Вимшерст
машина — это «машина влияния», электростатический генератор, который использует
уже имеющиеся на нем заряды, чтобы генерировать больше зарядов
электростатическая индукция.В своей работе он не полагается на трение.
Считайте, что машина заряжена как на схематическом изображении,
показано (с цилиндрами вместо дисков) с каждой половиной каждого диска с
одна полярность, с границами на нейтрализующих планках.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика Игнорировать обвинение
коллекторы и выходной контур. Показаны две планки нейтрализатора.
плавающие, но не имеет значения в работе, если они
заземлен. Вверху и внизу заряды противоположные, а по бокам
равный.При любом небольшом начальном дисбалансе заряда машина быстро
попадают в эту конфигурацию. После этого, когда сектор касается
нейтрализующий щеточный заряд притягивается к нему с полярностью противоположной
заряды на другом диске из-за влияния электрического поля
генерируется окружающими секторами. Поскольку есть несколько секторов
вызывая заряд только в одном секторе, больше заряда, чем присутствует в каждом из
противоположные сектора привлекаются при условии, что диски и сектора
на достаточно малом расстоянии.Эффект в том, что все больше
заряды притягиваются к нейтрализованным секторам при вращении дисков, и
напряжения на всех фиксированных позициях сектора растут по экспоненте. Наращивание
прекращается, когда плотность заряда на поверхностях секторов создает электрический
поле достаточно интенсивное, чтобы вызвать разрушение воздуха вокруг, обычно просто
прежде, чем они достигнут нейтрализующих щеток. Затем машина работает
генерирование постоянного тока в выходной цепи с максимальным напряжением
ограничены искрами на пути, образованном серией секторов и
шток нейтрализатора, или другими потерями в конструкции из-за недостаточного
изоляция.Обратите внимание, что индукция из соседних секторов в одном и том же
диск важен. Секторы перед сектором, касающимся нейтрализатора, и
также сборочные узлы и секторы сборщика заряда по бокам
диски, создают сильное электрическое поле и помогают в индукции. В
в секторах впереди их пагубное воздействие уменьшается за счет противоположной
заряженные сектора на другом диске. Машина самозапускается,
потому что всегда есть естественный дисбаланс в начислениях.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика Использование
различные металлы в секторах и нейтрализующих щетках помогают
процесс запуска из-за контактного потенциала, возникающего, когда разные металлы
трогать.

Машина по-прежнему работает только с одним диском
поворот, если другой остановлен и каким-то образом остается заряженным. Эта идея
является основой старых машин Holtz, Voss и других, в которых используется вращающийся диск и
неподвижный диск с индукторными пластинами. Элегантный дизайн Wimshurst
машина использует одни и те же диски для генерации новых зарядов и для создания зарядов,
и сохраняет полярность всех частей дисков по два раза на каждом
повернуть.Это важно, чтобы избежать накопления заряда на неиспользуемых сторонах
диски, что в машинах с фиксированными индукторами в конечном итоге снижает
эффект индукции и может вызвать периодическое изменение полярности. Вершина и
нижняя часть машины работает при относительно низком напряжении из-за
противоположные заряды в секторах диска на противоположных сторонах. Это снижает
потери на несущую конструкцию и допускает вертикальные опоры, ремни
и шкивы должны быть расположены намного ближе к дискам, чем в других
машины.По бокам машины секторы диска заряжены
равные полярности, и вдали от влияния другой стороны
машина. Возникает очень высокое напряжение, потому что генерируются одинаковые заряды.
вверху и внизу дисков, где есть значительная емкость
между противоположно заряженными секторами, теперь широко разделены, с низким
емкость между ними.

Коллекционеры с металлическими остриями извлекают
зарядите клеммы машины, которые заряжены таким же напряжением.Эффект клетки Фарадея помогает в разряде секторов на заряд
коллекционеры. Если клеммы держать слишком далеко друг от друга, в конечном итоге искра
перепрыгнет через сектора на одном из дисков и полосу нейтрализации,
разгрузка машины.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика Максимальная длина искры примерно равна
сумма интервалов между секторами на одной трети диска (при условии, что
нейтрализаторы на 60 градусов по горизонтали). Несколько больше, потому что
необходимо меньшее напряжение, чтобы вызвать большую искру, чем вызвать серию
меньшие искры добавляются к той же длине.Причина в том, что секторы
более равномерно распределяют электрическое поле по зазору, уменьшая его
максимальное значение. Благодаря этому машина лучше работает со многими секторами.
чем с немногими. 32 или 40 секторов обычно, но для
разумная производительность. Минимум 8, может быть 6. Конечно, форма
клеммы влияют на максимальную длину искры, но правило выше работает
очень хорошо предсказывает максимум, что можно получить.

Максимальный выходной ток Wimshurst
машина существенно зависит от площади, занимаемой секторами в
дисков и от скорости вращения. Смотри как. В
в устойчивом состоянии, машина действует как источник тока для нагрузки, подключенной к
его выводы, включая потери на внутреннюю корону и искрение.
Любопытно, что практически только один диск способствует выходу
ток, потому что если заряд одного сектора снимается зарядом
коллектор, потенциал в соответствующем секторе на другом диске
уменьшается из-за относительно высокой емкости между дисками, и
разность потенциалов между этим сектором и сборщиком заряда
становится слишком малым для разряда через разделяющий их воздушный промежуток.Можно собирать заряд только с одного диска, а не с обоих
диски. Полученный ток составляет хорошую долю от обычного выходного сигнала.
с тем же эффектом. Можно даже убрать нейтрализатор из
сторона, где снимается ток, с выходной схемой, служащей
нейтрализатор, но в этом случае машина менее надежна, требуя
короткое замыкание на выходе для запуска и легко останавливается. Есть выход
для извлечения заряда с обоих дисков, за счет Schaffers
[p29].Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика Коллекторы заряда смещены в сторону соседних
нейтрализаторы. Это позволяет избежать снижения потенциала в секторах в
другой диск, и в идеале удваивает выходной ток машины. В
длина искры несколько уменьшена из-за меньшего расстояния между
сборщики и нейтрализаторы заряда.

Для ярких искр требуется сильный ток. В
ток может быть получен путем накопления заряда, извлеченного из вращающегося
диски в высоковольтных конденсаторах (лейденские банки), подключенные поперек
машинные терминалы.Классический дизайн состоит из двух лейденских банок с
изолированные клеммы, подключенные по одной к каждой клемме, а внешние
клеммы соединены между собой. Искровой разрядник обычно состоит из двух металлических
шары, соединенные металлическими стержнями с коллекторами заряда. Существенно
более длинные искры можно получить, добавив шарик меньшего размера
к положительной клемме. Это увеличивает электрическое поле вокруг
положительный вывод, заставляя ионизацию воздуха начинать в
положительная сторона разрыва, а не отрицательная сторона, как это происходит с
симметричный зазор.Положительная ионизация образует красивый шлейф, похожий на шлейф.
структура (которую можно увидеть в темноте), направленная в сторону от положительного
терминал, который легко подключается к диффузной короне, которую
отрицательный терминал излучает. Когда соединение установлено, искра
происходит, когда электроны текут от отрицательной клеммы к
положительный. Короткие искры выглядят как яркие прямые линии. Дольше
искры имеют более неправильную форму и могут иметь ответвления, почти всегда в
направление отрицательной клеммы.В коротких искрах положительный конец
ярче, особенно в искрах, полученных без добавления лейденских банок, благодаря
более концентрированный ток. В длинных искрах положительный конец всегда
прямая линия, перпендикулярная поверхности терминала, с
отрицательная сторона неровная и немного ярче (почему загадка).Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика Когда
клеммы близки к максимальному разделению, часто возникают «вышедшие из строя» искры
происходить. Заряды, которые отводит искрообразование от клемм
уменьшите напряжение между выводами, и искра рассеивается
до завершения.Большая емкость в лейденских банках может увеличивать
в некоторой степени максимальная длина искры, обеспечивая больший заряд для завершения
искры, которые «провалились». Добавление меньшего шара к негативу
терминал не работает. Электроны выбрасываются интенсивным
электрическое поле и быстро рассеиваются по воздуху вместо того, чтобы образовывать
ионизированный путь. Это можно наблюдать по характерному шипению. В
меньший шар не требует электрического подключения к основному
положительный вывод.Это еще более эффективно, если отделить его от более крупных
мяч коротким отрезком изолятора (например, короткой пластиковой трубкой).
По-видимому, маленькие искры между большим и меньшим шарами
увеличивают ионизацию вокруг терминала, и расстояние уменьшается
потеря заряда в воздухе (это я наблюдал на своих машинах). В любой
В этом случае самые длинные искры получаются с нейтрализаторами под большим углом.
Небольшие углы немного увеличивают выходной ток [35].Маленькие шарики можно добавлять на оба терминала, а в этом случае на самые длинные.
искры возникают при наклонном положительном выводе
в сторону негатива [35]. Еще одна интересная структура разрыва
— зазор шаровой плоскости, заменяющий
отрицательный шар диском с закругленными краями. Такой разрыв требует меньше
напряжение, вызывающее искру, и может образовывать очень длинные искры.

Контактные шарики должны соответствовать
возможности машины.Симметричный зазор с двумя сферами дает
искры диаметром примерно в 4 раза больше сфер. Шар-самолет
зазор составляет примерно 8 диаметров сферы. Предполагая, что
максимальная длина искры приблизительно равна сумме расстояний между
смежные секторы на трети диска, D,
шарики могут быть рассчитаны на основе этого, с шарами диаметром D / 4 для симметричного зазора и D / 8 для зазора между плоскостью шара.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика Двойной
Зазор шара может использовать эти два размера, возможно, с большим шаром большего размера.Если
маленький шар изолирован от большого шара, он может быть даже меньше D / 8.

Схема выше взята из [68].

Симуляторы

Работу станка можно проанализировать
количественно с помощью электростатического симулятора. Моделирование
приведенный ниже результат показывает идеализированный раздел дисков с
три сектора на каждом диске, с центральным сектором e
касаясь кисти нейтрализатора.Моделируемые секторы представляют собой прямоугольные пластины.
с закругленными поверхностями, длиной 5 см (направление перпендикулярно
плоскость), шириной 1,5 см и шагом 1,5 см. Дисковые пластины имеют
относительная диэлектрическая проницаемость 4, 0,25 см толщины и 0,5 см шага.
Секторы а, б,
c, и d
инициализируются с общим зарядом +10 нКл в каждом. Сектор е
заземлен на 0 В (щеткой нейтрализатора), а сектор f
, уже пройдя под нейтрализующей щеткой, имеет заряд
идентично заряду в секторе e.Проведена серия моделирования с зарядом в секторе f
варьировались до тех пор, пока это условие не было выполнено Моделирование вычисляет напряжения
на секторах как Va = 11 кВ, Vb = 5,9 кВ, Vc
= 3,0 кВ, Vd = 11 кВ, Ve
= 0 В, а V f = -3 кВ. В
заряд в секторе e находится как
-14 нКл. Стрелки, показывающие направления и относительную интенсивность
электрическое поле ясно показывают, что сектор e
находится под влиянием секторов a, b и d,
и это многократное влияние является причиной увеличения заряда -1.4.

Машину также можно рассматривать как
сеть переменных конденсаторов и переключателей, с емкостями от
секторов на землю и между всеми парами секторов. Емкости
между парами секторов на одном диске имеют значение только между
смежные сектора. Емкости между парами секторов в противоположных
диски периодически меняются по времени, затрачиваемому на оборот, становясь большими, когда
они обращены друг к другу и уменьшаются практически до нуля, когда они
находятся на двух или более секторах углового расстояния.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика Другой
емкости, от секторов к земле и между соседними секторами в
диска, тоже различаются, но в первом приближении их можно считать фиксированными.
Секторы заземляются периодически, в соответствии с временем.
когда они касаются нейтрализаторов, дважды за ход. Выходная схема добавляет
еще один набор переключателей, правильно подключающих сектора к выходу
раз. Эта схемная модель может быть смоделирована в стандартных схемных симуляторах.На рисунке ниже показан результат моделирования запуска
Машина Wimshurst с 16 секторами на диске, скорость вращения 10 оборотов в секунду. В
Предполагается, что секторы имеют емкость 1 пФ относительно земли, 0,5 пФ до
соседние сектора, 5 пФ к противоположному сектору и 2,5 пФ к соседнему
секторов на другом диске. Напряжения в трех соседних секторах и на
можно увидеть две лейденские банки емкостью 100 пФ. Первоначальное возбуждение было
первоначально обеспечивалось напряжением 10 В в лейденских банках.Всего за три хода
Лейденские банки достигают 184 В.

Антонио К. М. де Кейруш

Создано: 1996
Последнее обновление: 19 Февраля 2018

Вернуться к электростатическим машинам

Как работает машина Вимшерста — включая лейденские банки и как возникает искровой разряд «Adafruit Industries — Создатели, хакеры, художники, дизайнеры и инженеры!

Еще одно фантастическое видео от Rimstar, объясняющее, как работают машины Wimshurst:

Как работает машина Wimshurst, полное объяснение того, как работает этот очень популярный электростатический генератор.Включает электростатический, индуктивный заряд, стержни нейтрализатора, коллекторы, лейденские банки и искровой разрядник.

Также вот бонусное видео машины Wimshurst, установленной на велосипеде:

?

Прекратите макетирование и пайку — немедленно приступайте к изготовлению! Площадка Adafruit Circuit Playground забита светодиодами, датчиками, кнопками, зажимами из кожи аллигатора и многим другим. Создавайте проекты с помощью Circuit Playground за несколько минут с помощью сайта программирования MakeCode с функцией перетаскивания, изучайте информатику с помощью класса CS Discoveries по коду.org, перейдите в CircuitPython, чтобы вместе изучить Python и оборудование, TinyGO или даже использовать IDE Arduino. Circuit Playground Express — это новейшая и лучшая плата Circuit Playground с поддержкой CircuitPython, MakeCode и Arduino. Он имеет мощный процессор, 10 NeoPixels, мини-динамик, инфракрасный прием и передачу, две кнопки, переключатель, 14 зажимов из кожи аллигатора и множество датчиков: емкостное прикосновение, ИК-приближение, температуру, свет, движение и звук. Вас ждет целый мир электроники и программирования, и он умещается на ладони.

Присоединяйтесь к 27 000+ создателей на каналах Discord Adafruit и станьте частью сообщества! http://adafru.it/discord

Хотите поделиться замечательным проектом? Выставка Electronics Show and Tell проходит каждую среду в 19:00 по восточному времени! Чтобы присоединиться, перейдите на YouTube и посмотрите чат в прямом эфире шоу — мы разместим ссылку там.

Присоединяйтесь к нам каждую среду вечером в 20:00 по восточноевропейскому времени на «Спроси инженера»!

Подпишитесь на Adafruit в Instagram, чтобы узнавать о совершенно секретных новых продуктах, о кулуарах и многом другом https: // www.instagram.com/adafruit/

CircuitPython — Самый простой способ программирования микроконтроллеров — CircuitPython.Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика org

Получайте единственную ежедневную рассылку без спама о носимых устройствах, ведении делопроизводства, электронных советах и ​​многом другом! Подпишитесь на AdafruitDaily.com!

Пока комментариев нет.

Извините, форма комментария в настоящее время закрыта.

Junior Builds Machine Wimshurst for Advanced Physics Class

Ученик Академии Shady Side Стивен Лю спроектировал и построил машину Wimshurst с нуля в качестве своего независимого проекта для Dr.Скотт Петерсон по специальности «Продвинутые темы в области физики и инженерии».

Машина Вимшерста, изобретенная Джеймсом Вимшерстом в конце 1800-х годов, представляет собой электростатический генератор, генерирующий высокое напряжение. Он состоит из двух вращающихся в противоположных направлениях дисков и двух лейденских банок (конденсаторов) и может приводиться в действие ручным кривошипом или электродвигателем. Машины Wimshurst приводили в действие первый рентгеновский аппарат, первый растровый электронный микроскоп и первые лазеры.

Лю построил свою машину Wimshurst в SSA Glimcher Tech & Design Hub вместе с доктором Дж.Поддержка и руководство Петерсона.

«После 78 прототипов и четырех месяцев строительства … ЭТО РАБОТАЕТ !!» Лю сказал. «Машина Вимшерста, которую я спроектировал и построил, приводится в действие рукояткой и генерирует электрический потенциал почти 30 000 вольт, достаточный, чтобы перепрыгнуть через зазор длиной 1 см. Он принадлежит к классу электростатических генераторов, называемых машинами влияния. Он работает по схожим принципам. как ваш телефон заряжается по беспроводной сети — электростатическая индукция.Несмотря на то, что он вырабатывает невероятно высокое напряжение, он выдает всего несколько микроампер, поэтому этого недостаточно, чтобы нанести вред.«

» Самое крутое в этих генераторах — это то, что вы можете почувствовать их работу », — сказал Лю.« Когда вы запускаете машину Wimshurst, вы можете слышать, как она потрескивает от энергии, вы чувствуете резкий привкус озона, и вы можете почувствовать волосы на ваших руках встают дыбом, когда лейденские банки начинают заряжаться ».Машина вимшурста: Машина Вимшурста - 1002967 - U15310 - Электростатика