El generador Wimshurst o màquina electròfora és un dispositiu electrostàtic d'inducció dissenyat com a font contínua d'energia elèctrica. Al segle XXI, s'utilitza com a tècnica auxiliar per demostrar experiments físics relacionats amb diversos efectes i fenòmens elèctrics.
Contingut
Una mica de la història de la invenció
El 1865, el físic experimental alemany August Tepler va desenvolupar els dibuixos finals de la màquina electròfora. Al mateix temps, el científic alemany Wilhelm Holz va fer el segon descobriment independent d'aquesta unitat. La principal diferència del dispositiu era la capacitat d'obtenir una major potència i diferència de potencial. Holtz es considera el creador d'una font de corrent elèctric continu.
El disseny inicial senzill de la màquina electròfora va ser millorat el 1883 per James Wimshurst d'Anglaterra.La seva modificació s'utilitza en tots els laboratoris físics per a una demostració visual d'experiments.
El disseny de la màquina electròfora
2 discos coaxials giren l'un contra l'altre, mentre porten els condensadors més senzills dels sectors d'alumini. A causa de processos aleatoris, en el moment primari, es forma una càrrega al lloc d'un dels segments. El fenomen és causat pel procés de fricció contra l'aire. A causa de la simetria del disseny, és impossible predir el signe final amb antelació.
El disseny utilitza 2 pots de Leyden. Creen un únic sistema a partir de condensadors connectats en sèrie. Això té l'efecte de duplicar els requisits de tensió de funcionament a cada dipòsit. Cal seleccionar les mateixes classificacions, aquesta és la clau per a una distribució uniforme de la tensió de funcionament.
Els neutralitzadors inductius estan dissenyats per alleujar la tensió. Tota l'estructura s'assembla a una pinta metàl·lica que planeja a una certa distància per sobre del disc. Els dos discos amb signes equivalents de la superfície exterior arriben al punt d'eliminació de càrrega. Els neutralitzadors estan emparellats. Després de la descàrrega, la càrrega dels segments es redueix molt. En dissenys addicionals, el raspall entra fàcilment en contacte amb la vora del disc.
L'operador, utilitzant la potència de l'accionament elèctric o la seva pròpia mà, uneix per força els elements repulsius del sistema. Els càrrecs que interactuen entre ells intenten calmar-se en la mesura del possible. El procés contribueix a un fort augment de la densitat de càrrega superficial en tots els punts d'eliminació.
L'electricitat es recull en pots de Leiden de les crestes dels neutralitzadors. Hi ha un ràpid augment de la tensió.Una espurna connectada a 2 elèctrodes ajuda a evitar la fallada del sistema. És possible obtenir un arc de força diferent ajustant la distància entre ells. Hi ha una relació: com més forta és la intensitat del camp entre les 2 espurnes, més sorollós és l'efecte que acompanya el procés de buidatge dels pots de Leiden.
Els segments romanen buits després del punt d'eliminació de càrrega. Avall, s'instal·len equalitzadors o neutralitzadors de potencial segons el principi de funcionament. Cada costat oposat del disc ja ha donat càrrega a diferents raspalls. En el moment de passar pel punt de recollida i després d'aquest, els signes de càrrega residual són diferents.
Un tros de filferro de coure gruixut amb raspalls dels cables més prims planant a poca alçada o segments de fregament contribueix al tancament d'aquests oposats. El resultat: les càrregues dels dos segments són iguals a zero, tota l'energia es converteix d'acord amb la llei de Joule-Lenz en calor generada al nucli de coure engrossit.
Què són els bancs de Leiden
El primer condensador elèctric creat pels científics holandesos Pieter van Muschenbroek va ser un pot de Leyden. El condensador inventat té la forma d'un cilindre amb un coll ample o mitjà de diferents diàmetres. El pot de Leyden és de vidre. Per dins i per fora s'enganxa amb llauna especial. El producte està cobert amb una tapa de fusta. La funció principal de la invenció és l'acumulació i l'emmagatzematge de grans càrregues.
La creació d'aquest banc va ser estimulada per un ampli estudi de l'electricitat, la velocitat general de la seva distribució, així com les propietats de conductivitat elèctrica de diversos materials. Gràcies a ella, per primera vegada va ser possible produir artificialment una espurna elèctrica.Ara les llaunes de Leiden només s'utilitzen com a part integral de les màquines electròfores.
Quin és el principi de funcionament de la màquina electròfora?
A partir de la força de l'operador, es pren energia per canviar de senyal. Ja entre equalitzadors i raspalls, els discos es mouen amb repulsió mútua entre ells. El nombre de revolucions per minut hi juga un paper. Augment de la densitat de càrrega. La càrrega més forta dels discos oposats empeny els residus a través de les longituds de fil de coure. D'aquí se'n desprèn l'energia suficient per canviar el signe.
En augmentar la densitat de la superfície, la càrrega s'elimina del dispositiu. En un sol punt, es fan reserves d'energia al banc de Leiden, un altre lloc serveix per canviar el rètol. Els neutralitzadors d'inducció pràcticament no tenen diferències. Tots dos fan una funció comuna de neutralització d'energia. Esquema general:
- Hi ha 2 tipus de condensadors en el disseny: bancs de Leiden on s'acumula la càrrega i una combinació d'un segment d'ambdós discs amb un revestiment dielèctric i un revestiment d'alumini.
- Hi ha 2 tipus de neutralitzadors que redueixen la càrrega dels segments d'alumini. El primer serveix per canviar el signe o polarització, el segon per carregar el pot de Leyden.
No tota l'energia prové de la fricció de l'alumini i el coure o de l'electrificació de l'aire. Es crea omplint a la força els condensadors amb la força de torsió del disc. Tots els processos es duen a terme a causa d'un fort augment de la densitat de càrrega superficial als punts d'eliminació.
Aplicació de la màquina electròfora
A partir dels anys 70. la màquina Wimshurst no s'utilitza per a la producció directa d'energia elèctrica.Avui actua com una exposició històrica que il·lustra la història de l'aparició i desenvolupament del progrés científic i tecnològic i de l'enginyeria. Una demostració de laboratori, per a la qual es crea una màquina electròfora, mostra els diferents fenòmens i efectes de l'electricitat.
És acceptable utilitzar neutralitzadors d'inducció, eliminant les càrregues dels dielèctrics líquids, com ara l'oli. És perillós tenir una espurna a l'aire en qualsevol producció, pot provocar conseqüències desastroses, fum i fins i tot una explosió.
La història dels descobriments i de la investigació en el camp de l'electricitat està estretament relacionada amb l'ús de diverses estructures i dispositius per a l'obtenció de càrregues elèctriques. La màquina electròfora va jugar el seu paper en la investigació científica, l'acció de la qual es basa en l'excitació de l'electricitat per inducció.
Articles semblants:
