Vimšursto generatorius arba elektroformavimo mašina yra indukcinis elektrostatinis prietaisas, sukurtas kaip nuolatinis elektros energijos šaltinis. XXI amžiuje naudojamas kaip pagalbinis metodas fizikiniams eksperimentams, susijusiems su įvairiais elektros efektais ir reiškiniais, demonstruoti.
Turinys
Šiek tiek apie išradimo istoriją
1865 m. vokiečių eksperimentinės fizikos specialistas Augustas Tepleris (August Thöepler) nubraižė galutinius elektroformavimo mašinos brėžinius. Tuo pat metu antrą nepriklausomą panašios mašinos atradimą padarė vokiečių mokslininkas Vilhelmas Holcas (Wilhelm Holz). Pagrindinis šio prietaiso skirtumas buvo jo gebėjimas sukurti didelę galią ir potencialų skirtumą. Holcas laikomas nuolatinės elektros srovės šaltinio kūrėju.
1883 m. paprastą pirminę elektroformavimo mašinos konstrukciją patobulino Džeimsas Vimšurstas (James Wimshurst) iš Anglijos. Jo modifikacija naudojama visose fizikos laboratorijose eksperimentams vizualiai demonstruoti.
Elektroformavimo mašinos konstrukcija
Du bendraašiai diskai sukasi vienas priešais kitą, o juose įtaisyti paprasti aliuminio sektoriniai kondensatoriai. Dėl atsitiktinių procesų pirminiame momente viename iš segmentų susidaro krūvis. Šį reiškinį sukelia trintis su oru. Dėl dizaino simetrijos negalima iš anksto numatyti galutinio ženklo.
Konstrukcijoje naudojami du Leideno stiklainiai. Jie sukuria vieną sistemą iš nuosekliai sujungtų kondensatorių. Tai turi įtakos dvigubam kiekvieno kondensatoriaus darbinės įtampos reikalavimų sumažinimui. Turėtų būti parinkti vienodi vardiniai parametrai, kad būtų užtikrintas tolygus darbinės įtampos pasiskirstymas.
Indukciniai neutralizatoriai skirti įtampai sumažinti. Visa konstrukcija primena tam tikru atstumu virš disko pakibusią metalinę šukę. Abu diskai su vienodais išorinio paviršiaus ženklais atvyksta į įkrovos pašalinimo vietą. Neutralizatoriai suporuoti. Įgyvendinus iškrovimo tašką, segmentų įkrova labai sumažėja. Papildomuose modeliuose šepetys lengvai liečiasi su disko kraštu.
Operatorius elektrine pavara arba savo ranka priverčia sistemos atstojamuosius elementus susijungti. Tarpusavyje sąveikaujantys krūviai stengiasi kuo labiau išsisklaidyti. Šis procesas skatina staigų paviršinio krūvio tankio padidėjimą visuose ekstrakcijos taškuose.
Elektros energija surenkama Leideno krantuose iš neutralizatorių keterų. Sparčiai didėja įtampa. Prie 2 elektrodų pritvirtintas ribotuvas padeda išvengti sistemos gedimo. Reguliuojant atstumą tarp jų, galima gauti skirtingo stiprumo lankus. Egzistuoja ryšys: kuo stipresnis lauko stipris tarp 2 iškroviklių, tuo triukšmingesnis poveikis lydi Leydeno stiklainių ištuštinimą.
Po įkrovos pašalinimo taško segmentai lieka tušti. Judėjimo eigoje įrengiami potencialo lygintuvai arba neutralizatoriai. Kiekviena priešinga disko pusė jau atidavė krūvį per įvairius šepetėlius. Išėmimo taško kirtimo momentu ir po jo likutiniai krūvio požymiai skiriasi.
Storos varinės vielos gabalas su plonais vielos šepetėliais, kabantis nedideliame aukštyje arba trinant segmentus, padeda uždaryti šiuos priešingus ženklus. Rezultatas - abiejų segmentų krūviai susilygina su nuliu, visa energija pagal Džaulio ir Lenco dėsnį paverčiama šiluma, susidarančia ant sustorėjusios varinės vielos.
Kas yra Leideno stiklainiai
Pirmasis elektrinis kondensatorius, kurį sukūrė olandų mokslininkas Pieteris van Muschenbroekas, buvo Leideno stiklainis. Išrastas kondensatorius yra cilindro formos su plačiu arba vidutinio dydžio įvairaus skersmens kakleliu. Leideno indas pagamintas iš stiklo. Jis iš vidaus ir iš išorės išklotas specialia skarda. Produktas uždengtas mediniu dangteliu. Pagrindinė išradimo funkcija - kaupti ir saugoti didelius krūvius.
Sukurti tokį stiklainį paskatino išsamūs elektros energijos, jos bendro sklidimo greičio ir įvairių medžiagų elektros laidumo savybių tyrimai. Tai buvo pirmas kartas, kai elektros kibirkštį pavyko sukurti dirbtiniu būdu. Šiuo metu Leideno stiklainiai naudojami tik kaip neatskiriama elektroformavimo mašinų dalis.
Kaip veikia galvanoplastikos mašina
Energija ženklams keisti imama iš operatoriaus galios. Jau tarp lygintuvų ir šepetėlių diskai juda vienas kito atžvilgiu su abipusiu atstūmimu. Apsisukimų per minutę skaičius yra svarbus. Padidėja krūvio tankis. Stipriausias priešingų diskų krūvis stumia likučius per varinės vielos atkarpas. Iš to kyla energija, kurios pakanka ženklui pakeisti.
Didinant paviršiaus tankį, vienete pašalinamas krūvis. Viename taške energija kaupiama Leideno stiklainyje, o kitame taške naudojama ženklui pakeisti. Indukciniai neutralizatoriai beveik nesiskiria. Jiems abiem būdinga bendra energijos neutralizavimo funkcija. Bendrosios grandinės:
- Konstrukcijoje yra 2 kondensatorių tipai: Leydeno stiklainiai, kuriuose saugomas krūvis, ir abiejų diskų su dielektriku ir aliuminio dangteliu segmento derinys.
- Aliuminio segmentų krūvį mažina 2 rūšių neutralizatoriai. Pirmasis naudojamas ženklui arba poliarizacijai pakeisti, o antrasis - Leideno stiklainiui įkrauti.
Visa energija gaunama ne dėl aliuminio ir vario trinties ar oro įelektrinimo. Jis sukuriamas priverčiant kondensatorius užpildyti disko sukimo jėga. Visi procesai atliekami smarkiai padidinant paviršinio krūvio tankį ištraukimo taškuose.
Galvaninio formavimo mašinos pritaikymas
Nuo XX a. aštuntojo dešimtmečio Vimšursto mašina nebenaudojama tiesioginei elektros energijos gavybai. Šiandien jis yra istorinė ekspozicija, iliustruojanti mokslo ir technologijų pažangos bei inžinerinės minties istoriją ir raidą. Laboratorijoje demonstruojama, kam skirta elektroformavimo mašina, parodomi įvairūs elektros reiškiniai ir poveikis.
Leidžiama naudoti indukcinius neutralizatorius, kurie pašalina krūvį iš skystų dielektrikų, pvz., alyvos. Kibirkštis ore bet kurioje gamybos patalpoje yra pavojinga, ji gali sukelti žalingą poveikį, dūmus ir net sprogimą.
Elektros atradimų ir tyrimų istorija glaudžiai susijusi su įvairių konstrukcijų ir prietaisų, skirtų elektros krūviams gaminti, taikymu. Elektroformavimo mašina, kurios veikimas pagrįstas elektros sužadinimu per indukciją, atliko savo vaidmenį moksliniuose tyrimuose.
Susiję straipsniai:
