Содержание
Конструкция
Конструкция изобретения Джеймса Вимхерста описана плохо в открытых источниках, часто люди не в силах объяснить, как работает электрофорная машина.
Общая идея
Два вращающихся друг против друга соосных диска несут простейшие конденсаторы из секторов алюминия. За счет случайных процессов в начальный момент на одном из сегментов – равномерно расположенных по кругу – образуется заряд. Это вызвано процессами трения о воздух либо прочими причинами. Причем, поскольку конструкция симметричная, знак заранее не предсказуем. Не рекомендуется ставить в электрофорную машину электролитические конденсаторы.
Вместо этого применяются две лейденские банки. Их внешние обкладки из фольги объединены, чтобы создать единую систему из последовательно включенных конденсаторов. Так уменьшаются требования к рабочему напряжению каждой емкости в два раза. Номиналы подбираются по возможности одинаковыми. В противном случае требования к рабочему напряжению распределятся неравномерно, что приводит к негативным последствиям.
Напряжение с сегментов дисков снимается при помощи индукционных нейтрализаторов. Ниже описан принцип действия. По сути конструкция, напоминающая металлический гребень, на некоторой высоте парит над диском. Нейтрализаторы спаренные, в точку съема заряда оба диска приходят с эквивалентным знаком на внешней поверхности. После разгрузки заряд сегментов сильно падает. Это обусловлено особой конструкцией индукционных нейтрализаторов, оставляющих поверхностную плотность заряда в районе 0,2 – 6 мкКл на метр в квадрате. В избранных конструкциях щетка слегка касается краем диска.
Прогрессивный рост поверхностной плотности заряда на сегментах в точке съема обусловлен тем, что навстречу друг другу движутся системы, создающие электрические поля, чьи напряженности направлены в противоположные стороны. Получается, что собственной рукой оператор (либо за счет силы электрического привода) отталкивающиеся системы насильно сближает. Взаимодействующие заряды пытаются расположиться подальше друг от друга. Это вызывает резкий рост поверхностной плотности зарядов в точках съема.
От гребенок нейтрализаторов электричество собирается в лейденские банки. Напряжение быстро растет, чтобы избежать выхода системы из строя вследствие превышения допустимых параметров конденсаторов, к двум электродам прикреплен разрядник. Дистанция между ними, как правило, регулируется, что позволяет получить дугу различной силы. Чем больше напряженность поля между разрядниками, тем более шумным эффектом сопровождается процесс опустошения лейденских банок.
После точки съема заряда сегменты остаются пустыми. Через 30 градусов по ходу движения диска стоят уравнители потенциала, называемые нейтрализаторами по принципу действия. Авторы обзора назвали бы уравнителями. Противоположные стороны диска отдали уже заряд у разных щеток. Следовательно, после прохождения точки съема знаки остатков заряда на них неизменно различны. И кусок толстой медной проволоки с щетками из тонких проволочек, трущих сегменты или парящих на малой высоте, замыкают накоротко указанные противоположности. В результате заряд на обоих сегментах становится равным нулю, энергия превращается по закону Джоуля-Ленца в тепло, выделяющееся на толстой медной жиле.
После обнуления диски продолжают двигаться во встречном направлении. Получается, освобожденный от заряда сегмент одного круга вращения оказывается напротив полупустого сегмента другого. Заряд между емкостями немедленно делится поровну, ведь диски сконструированы по одинаковым чертежам. Следовательно, кажутся идентичными. Первый диск отдает половину заряда, идет на точку съема. Второй достигает точки уравнителя потенциала первого и там отдает половину заряда.
Порой люди интересуются принципом работы прибора, ведь первый диск отдал остаточный заряд на уравнителе, второй поступил аналогично. Где взять энергию для смены знака?
- https://odinelectric.ru/knowledgebase/chto-takoe-elektrofornaya-mashina-i-kak-ona-rabotaet
- https://fb.ru/article/136480/elektrofornaya-mashina—printsip-rabotyi-kak-sdelat-elektrofornuyu-mashinu-svoimi-rukami
- https://vashtehnik.ru/enciklopediya/elektrofornaya-mashina.html
Электростатическая машина
|
Рост мощности ускорителей. |
В 1930 г. появился электростатический линейный ускоритель, удачно сочетавший электростатическую машину с вакуумной трубкой.
Если изолятор между шарами А и В стал проводящим, то электростатическая машина уже не в состоянии поддерживать достаточную разность потенциалов между ними и разряд между шарами произойти не может. Дополнительный же электрод хорошо изолирован и между ним и шаром А разность потенциалов близка к напряжению источника.
Если изолятор между шарами А и В стал проводящим, то электростатическая машина уже не в состоянии поддерживать достаточную разность потенциалов между ними и разряд между шарами произойти не может. Дополнительный же электрод хорошо изолирован, и между ним и шаром А разность потенциалов близка к напряжению источника. Поэтому она оказывается достаточной для того, чтобы произошел разряд. К тому же дополнительный электрод — шар маленького радиуса, и поле у его поверхности очень большое. Разряд происходит чрезвычайно быстро, искровой промежуток становится на это время проводящим, и шар А принимает потенциал полюса источника; между шарами А и В, таким образом, создается большая разность потенциалов, которая не может быстро исчезнуть, так как изолятор все же плохо проводит электричество. Поэтому, после того как проскакивает искра в дополнительном промежутке, искра проскакивает также и между шарами А и В.
Вместо конденсатора — лейденской банки, заряжаемой от источника электричества — электростатической машины или батареи, здесь применены большие шары, насаженные на длинные стержни, оканчивающиеся маленькими шариками, между которыми и должна проскакивать искра.
Это явление демонстрируется на вертушке ( рис. 85), подключенной к электростатической машине. В вакууме вращение отсутствует.
В музее имени Ломоносова есть цилиндрическая электростатическая машина, в Государственном ЭРмитаже — переносная паровая электростатическая машина — они изготовлялись под руководством Кулибина.
Наклеивание станиоля нужно чаще всего для изготовления плоских конденсаторов, лейденских банок и на кругах электростатической машины. Стекло, на которое наклеивают станиоль, должно быть совершенно чистым.
История вопроса о биологическом действии искусственного атмосферного электричества начинается с XVIII века, когда после изобретения электростатической машины начали появляться, как из рога изобилия, работы по изучению действия искусственно электризованного воздуха на растения, животных и человека. Ознак омление с большинством этих работ, предпринятое автором настоящей монографии более сорока лет назад, показало, что неудачи почти всех исследователей XVIII и XIX веков могут быть объяснены тем, что они не придавали должного значения полярности электрических зарядов в воздухе, которым воздействовали на свои подопытные объекты.
ГЕРИКЕ Отто ( 1602 — 1686), немецкий физик, изобрел воздушный насос, построил первую электростатическую машину трения, открыл явление отталкивания одноименно наэлектризованных тел.
Одной из самых простых и интересных машин, благодаря влиянию превращающих механическую энергию в электрическую, является водяная электростатическая машина В. Том с он а ( лорда Кельвина), изображенная на черт.
А в 1794 году наш известный самоучка — изобретатель Иван Петрович Кулибин ( кстати говоря, сделавший первые русские электростатические машины) предложил более простую систему, в которой вместо двух стен была система двух планок. И это было естественно, потому что тогда появились подзорные трубы, и задача пользования оптическим телеграфом существенно упростилась — костер стал не обязательным, так же как и факел, станции связи стало возможным ставить друг от друга на значительном расстоянии.
Присоединение к мышце двух металлических проводников вызывает появление электрического тока, что приводит, подобно искре от электростатической машины, к сокращению мышцы.
|
Падение напряжения вдоль проводника с током.| Электрическое поле проводника с током. |
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.
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.
Электрофорная машина — электростатический генератор для экспериментов и классов физики PEG-20
Вниманию юных техников и физиков, а так же учителей физики рады представить электрофорную машину — электростатический генератор для экспериментов и классов физики PEG-20. Данный прибор это генератор статического заряда, состоящий из двух колес, вращающихся во взаимно противоположных направлениях. В наше время очень часто данное устройство используется учителями на уроках физики для демонстрации силы электрической дуги. Данный прибор представляет собой современный вариант генератор Вимшурста и является индукционной электростатической машиной. В ней статический заряд образуется не с помощью трибоэлектричества, когда присутствует трение, а через индуцирование зарядов. Прибор выполнен из пластика и металлических элементов и имеет размер 24 х 28,5 х 20 см. Принцип использования очень прост, достаточно просто начать крутить за соответствующую ручку и прибор начинает работать. При вращении рукоятки диски начинают двигаться в противоположных направлениях. Щетки 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. Как только накопленный заряд достигает максимального значения дальнейший рост заряда прекращается. Для лучшего накопления используют конденсаторы в виде лейденских банок. После накопления заряда, приблизив контакты достаточно близко друг к другу, происходит «разрядка» которую прекрасно видно, после чего рост заряда вновь продолжается.
В быту, в таком виде данный прибор не используется, а служит лишь историческим экспонатом, иллюстрирующим историю возникновения и развития научно-технического прогресса и инженерной мысли. Лабораторная демонстрация показывает различные явления и эффекты электричества. Если Вы учитель физики или директор учебного заведения, где ученикам наглядно демонстрируют те или иные физические явления, тогда данная электрофорная машина — электростатический генератор для экспериментов и классов физики PEG-20 станет для Вас просто незаменимым инструментом в области знакомства с электричеством.
Меры предосторожности:
Не допускайте к машине и не давайте играть с данным генератором детям
Используйте данный генератор только будучи хорошо знакомым с ее возможностями и с мерами предосторожности
Поскольку машина генерирует высокое напряжение, не прикасайтесь к металлическим частям во время работы с машиной.
Не забудьте разрядить электроды металлической ручкой «Y» после завершения эксперимента.
Не поворачивайте ручку слишком сильно, так как система шкивов может быть повреждена.
Если искра не видна или не слышна, проверьте машину на предмет попадания влаги в щетки. Высушить машину можно подержав на солнце или рядом с нагревательным прибором (до удаления влаги).. Спецификация:
Спецификация:
- Возможность использования для демонстрации экспериментов в классах физики
- Материал: металл, пластик
- Размер: 24 х 28,5 х 20 см
- Вес: 1,4 кг.
Комплектация:
Электрофорная машина — электростатический генератор для экспериментов и классов физики PEG-20 – 1 шт.
дальнейшее чтение
- Вильгельм Хольц: более высокий заряд на изолирующих поверхностях за счет бокового натяжения и перенос этого принципа в конструкцию индукционных машин. В: Иоганн Поггендорф, К.Г. Барт (ред.): Анналы физики и химии. 130, Лейпциг 1867, стр. 128 — 136
- Вильгельм Хольц: Машина влияния. В: Ф. Поске (ред.): Анналы физики и химии. Юлиус Шпрингер, Берлин 1904 г. (семнадцатый год, четвертый выпуск).
- О. Леманн: Физическая техника доктора Дж. Фрика. 2, Friedrich Vieweg und Sohn, Braunschweig 1909, p. 797 (Раздел 2).
- Ф. Поске: Новые формы машин влияния .. В: Ф. Поске (ред.) Для физического и химического образования. журнал Julius Springer, Берлин 1893 г. (седьмой год, второй выпуск).
- Олег Д. Ефименко. « Электростатические двигатели: история, типы и принципы работы ». Электретный научный, Звездный городок, 1973.
- GW Francis (автор) и Олег Д. Ефименко (редактор), » Электростатические эксперименты: энциклопедия ранних электростатических экспериментов, демонстраций, устройств и аппаратов «. Электретный научный, Звездный городок, 2005.
- В. Э. Джонсон, « Современные высокоскоростные машины воздействия; их принципы, конструкция и применение в радиографии, радиотелеграфии, искровой фотографии, электрокультуре, электротерапии, зажигании газа высокого напряжения и испытании материалов ». ISBN B0000EFPCO
- Дж. Клерк Максвелл, Трактат об электричестве и магнетизме (2-е изд., Оксфорд, 1881 г.), т. ip 294
- Джозеф Дэвид Эверетт , Электричество (расширение части III книги Огюстена Прива-Дешанеля «Натуральная философия») (Лондон, 1901 г.), гл. iv. п. 20
- А. Винкельманн, Handbuch der Physik (Бреслау, 1905), т. iv. С. 50–58 (содержит большое количество ссылок на оригинальные статьи).
- Дж. Грей, « Машины электрического воздействия, их историческое развитие и современные формы » (Лондон, 1903 г.). (JAF)
- Сильванус П. Томпсон , Машина влияния Николсона-1788–1888, Journ. Soc. Тел. Eng., 1888, 17, с. 569
- А.Д. Мур (редактор), » Электростатика и ее приложения «. Уайли, Нью-Йорк, 1973.
- Олег Дмитриевич Ефименко (совместно с Д.К. Уокером), « Электростатические двигатели ». Phys. Учат. 9, 121-129 (1971).
Электрофорная машина — принцип работы. Как сделать электрофорную машину своими руками
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.
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.
Что такое банки 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.
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). 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.
Как происходит накопление заряда?
Предположим, что первый круг имеет недостаток свободных зарядов, что в нашем случае означает недостаток свободных электронов в металлических пластинах. 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.
Электрофорная машина Вимшурста является машиной с самовозбуждением, то есть для начала ее работы не требуется подвод какого-либо дополнительного заряда.
Основной принцип работы электрофорной машины
Детальное изучение абстрактных физических понятий невозможно без использования наглядных материалов, визуализации и экспериментирования. Использование электрофорной машины на уроках изучения физики в средней школе позволяет сформировать четкие теоретические и практические понятия об электротоке, основных технических условиях его появления и продолжительного существования в замкнутой цепи.
Разделение зарядов машины осуществляется за счет последовательного преобразования механической энергии. В момент движения щеточек осуществляется трение о поверхность дисков, благодаря чему осуществляется разделение зарядов на положительные и отрицательные. В случае приближения электродов появляется разряд электричества. В момент проведения демонстрационной презентации приходится интенсивно вращать ручку машины, что позволит непрерывно производить электрический ток.
Краткий принцип работы электрофорной машины используется на занятиях по физике во время изучения механических источников энергии, а также процессов преобразования механической энергии в электричество. Применение устройства позволяет наглядно провести эксперимент непосредственно в рамках стандартного урока.
Есть заявка?
Подберем всё оборудование и мебель, подготовим документы и поставим с отсрочкой 45 дней.
Описание работы[ | ]
Схема электрофорной машины Уимсхёрста Машина состоит из двух соосных дисков (А и В) из изолирующего материала, на которые нанесены проводящие секторы (см. схему). Диски приводятся во встречное вращение с равной угловой скоростью. Предположим, что сектор A1 вначале несёт небольшой избыточный положительный заряд, а сектор 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 сектора 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 сектор, 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 сектором B2 (находящимся в этот момент напротив сектора 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.
§1. Конструкция электрофорной машины
Первая электростатическая машина появилась около 1650 г. Ее сконструировал немецкий ученый, бургомистр Магдебурга Отто фон Герике. Работа этой машины основывалась на явлении электризации тел трением. В дальнейшем было создано большое количество разнообразных конструкций электрических машин трения, но все они имели общий существенный недостаток: работа с такими машинами требовала приложения очень больших физических усилий.
Электрофорная машина была создана в 1865 немецким физиком-экспериментатором Августом Теплером. Одновременно с Теплером и независимо от него электрофорную машину изобрёл другой немецкий физик Вильгельм Гольц (1836-1913). Машина Гольца по сравнению с машиной Теплера позволяла получать большую разность потенциалов и могла использоваться в качестве источника постоянного электрического тока. В то же время она имела более простую конструкцию. Между 1880 и 1883 годом её усовершенствовал английский изобретатель Джеймс Вимшурст. Используемые в настоящее время для демонстраций электрофорные машины представляют собой модификации машины Вимшурста.
Электростатика – раздел электродинамики изучающей взаимодействие неподвижных электрических зарядов. В процессе изучения этой науки в качестве демонстрационного вспомогательного прибора используют электрофорную машину или генератор Вимшурста. Она предназначена для получения больших зарядов и высоких разностей потенциалов. Используя явление электромагнитной индукции, на полюсах машины накапливаются электрические заряды, а разность потенциалов на разрядниках достигает нескольких сотен тысяч вольт. Ее прототип был создан в 1865 году. Машина состоит и двух вращающихся в противоположные стороны дисков. На стойках двух лейденских банок. Внешние обкладки банок соединены между собой по средствам подвижной пластины расположенной между двумя зажимами, внутренние соединены с отдельными кондукторами. Ручки кондукторов изолированы во избежание удара током при изменении положение кондукторов относительно друг друга. На внешней стороне дисков нанесены аллюминивые секторы. В соприкосновение с ними входят счетки. Диски приводятся в движение непосредственно при помощи ременной передачи. Все части машины смонтированы на пластмассовых стойках, которые вместе с лейденскими банками укреплены на общей деревянной подставке. При вращении дисков один из секторов несет некий положительный заряд, а противоположный ему сектор отрицательный. Когда секторы движутся в разные стороны, их потенциалы растут за счет работы выполняемой против сил их электростатического притяжения. При вращении дисков происходит разделение заряда. Между кондукторами мы видим разряд и слышим треск. Сила тока зависит от быстроты вращения дисков. Она не велика, но напряжение огромно. Поэтому не допускается контакт с кондукторами.Электрофорная машина — 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. Электрофорная машина была создана в 1865 году немецким физиком-экспериментатором Августом Тёплером. 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. Между 1880 и 1883 годом её усовершенствовал английский изобретатель Джеймс Вимшурст. Используемые в настоящее время для демонстраций электрофорные машины представляют собой модификации машины Вимшурста.
Фон
Лейденская банка эксперимент
Франклин не был первым, кто построил электростатический генератор. Европейские ученые разработали машины для генерации статического электричества десятилетиями раньше. В 1663 году Отто фон Герике генерировал статическое электричество с помощью устройства, в котором использовалась сфера из серы. Фрэнсис Хоксби разработал более совершенный электростатический генератор около 1704 года, используя стеклянную колбу с вакуумом. Позже он заменил земной шар стеклянной трубкой длиной около 0,76 м, в которой не было воздуха. Стеклянная трубка была менее эффективным статическим генератором, чем глобус, но стала более популярной, потому что ее было проще использовать.
Машины, сгенерированные статическое электричество со стеклянным диском были популярны и широко распространены в Европе 1740. В 1745 году немецкий клирик Эвальд Георг фон Клейст и голландский ученый Мушенбрук обнаружил самостоятельно , что электрический заряд из этих машин может храниться в лейденской банке , назван в честь города Лейден в Нидерландах .
В 1745 году Питер Коллинсон , бизнесмен из Лондона, который переписывался с американскими и европейскими учеными, подарил немецкую «стеклянную трубку» вместе с инструкциями по созданию статического электричества библиотечной компании Франклина в Филадельфии . Коллинсон был агентом библиотеки в Лондоне и предоставлял последние новости технологий из Европы. Франклин написал письмо Коллинсону 28 марта 1747 года, поблагодарив его и заявив, что трубка и инструкции побудили его и нескольких коллег начать серьезные эксперименты с электричеством.
Дар Коллинсона «стеклянная трубка», используемая для производства статического электричества.
В 1746 году Франклин начал работать над электрическими экспериментами с Эбенезером Киннерсли после того, как он купил все электрическое оборудование Арчибальда Спенсера, которое он использовал в своих лекциях. Позже он также был связан с Томасом Хопкинсоном и Филипом Сингом в экспериментах с электричеством. Летом 1747 года они получили электрическую систему от Томаса Пенна . Хотя не существует никаких записей, чтобы точно сказать, какие части были включены в систему, историк JA Leo LeMay полагает, что это была комбинация генератора электричества, лейденской банки, стеклянной трубки и стула, электрически изолированного от земли. Это дало Франклину полную систему для экспериментов с генерированием и хранением электроэнергии.
Когда янтарь , сера или стекло натирают определенными материалами, они вызывают электрические эффекты. Франклин предположил, что этот «электрический огонь» каким-то образом образовался из этого другого материала, а не возник в результате трения о предмет. Он решил рано уйти из своего полиграфического бизнеса, когда ему было чуть за сорок, чтобы больше времени уделять изучению электричества. В 1748 году Франклин передал весь свой полиграфический бизнес своему партнеру Дэвиду Холлу . Он переехал в новый дом в Филадельфии со своей женой, где построил лабораторию для проведения экспериментов и исследования новых электрических теорий. Франклин экспериментировал не только с электростатической машиной со стеклянным шаром, но и с лейденской банкой. Он вел подробный журнал своих исследований в дневнике под названием «Электрические минуты», который с тех пор был утерян. Машина Франклина была подарена Филадельфийской библиотечной компании внуком Франклина в 1792 году и в настоящее время выставлена в Институте Франклина .
Стеклянный шар, вращающийся о нижнюю подушку, создает статический заряд, который отводится металлическими иглами наверху.
Из чего состоит электрофорная машина?
Экспериментальный набор состоит из пластмассовых дисков с алюминиевыми зонами, щеток, лейденских банок с подключением к кондукторам, изолированных ручек, ременных передач и металлических гребешков.
Общая конструкция зафиксирована прочными пластмассовыми стойками и установлена на деревянной подставке. Необходимо знать, что на качество результата способна повлиять температура и влажность воздуха. Минимальное расстояние появления электрического заряда составляет минимум 30 мм.
Все тонкости работы с оборудованием четко описаны в заводской инструкции, которая входит в комплект поставок
После завершения эксперимента крайне важно замкнуть раздрядники для нейтрализации заряда
внешние ссылки
- Флеминг, Джон Эмброуз (1911). «Электрическая машина» . В Чисхолме, Хью (ред.). Британская энциклопедия . 9 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. С. 176–179.
- « ». triquartz.co.uk.
- Антонио Карлос М. де Кейруш, «
« Работа машины Вимшерста ».
».
- « », 2007 г. Физ. Educ. 42 156–162.
- « ». Эксперименты с нетрадиционными энергетическими технологиями.
- Сэр Уильям Томсон ( лорд Кельвин ), « ». Philosophical Magazine, январь 1868 г.
- М. Хилл и Д. Джейкобс, » «, 1997 Phys. Educ. 32 60–63.
- Паоло Бренни (автор) и Виллем Хакманн (редактор), « ». Бюллетень Общества научного приборостроения № 63 (1999)
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.
Что такое внешний аккумулятор для телефона и какой лучше выбрать?
