Генератор вимшурста: Электрофорная машина

Содержание

Электрофорная машина — Chip Stock

Что такое электрофорная машина и как она работает?

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. Нейтрализаторы спарены. После осуществления разгрузки сильно снижается заряд сегментов.

В дополнительных конструкциях щетка легко соприкасается с краем диска.

Обратите внимание

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.

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:

Существует 2 типа конденсаторов в конструкции: банки Лейдена, где заряд накапливается, и комбинация сегмента обоих дисков с диэлектриком и алюминиевой обкладкой.
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. 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.

Источник: https://odinelectric.ru/knowledgebase/chto-takoe-elektrofornaya-mashina-i-kak-ona-rabotaet

Электрофорная машина (генератор Вимшурста) Wimshurst

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.

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. 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.

Важно

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.

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.

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.

Совет

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.

Является ли машина Вимшурста генератором энергии?

Более точно можно сказать, что машина Вимшурста является преобразователем механической энергии вращения в энергию электростатического поля. При работе такой машины, как впрочем и любой другой, существуют потери на трение, утечки энергии и т.п. Поэтому ее КПД не может быть более 100%, и даже он не может быть равен 100%.

По мере роста разности потенциалов, чем всё больший заряд будет накапливаться, тем сильнее кулоновские силы будут противодействовать механическим. На практике это означает, что с каждым оборотом дисков будет расти прикладываемое усилие. Кроме этого будут потери на трение в конструкции и нежелательные утечки зарядов.

Дата: 12.05.2015

Источник: http://electricity-automation.com/page/elektrofornaya-mashina-generator-wimshursta

Электрофорная машина

Когда-то электрофорную машину можно было увидеть в любом школьном кабинете физики.
Сейчас их тоже производят и тоже показывают школьникам — но далеко не везде. Все-таки сейчас впечатление от ее работы не настолько впечатляющее, чем было в начале прошлого века.

Однако, если ее продемонстрировать лет этак на тысячу раньше…

Принцип действия прост — два диэлектрических диска с нанесенными на их поверхность металлическими полосками.
Диски вращаются в противоположных направлениях, желательно побыстрее.

Если в кусочки металла, пролетающие друг относительно друга, имеют хоть какую-то разницу потенциалов (а реальный мир такой — ничего поровну не дается), то при эта разница усиливается, нужно ее только снять.

Для этого существуют по две щетки для каждого диска, заряд накапливается в лейденских банках по бокам.

Вот современная школьная модель с прозрачными дисками, тут видно устройство:

Обратите внимание

Конкретно эта модель имеет размер диска в 30 см, расстояние между дисками — от 2.5 до 7 мм (диски не сделаны с высокой точностью). Высота ее лейденских банок по 12 см.

И этого всего хватает, чтобы в сухом воздухе получить искру в 55 мм! Да, при этом скорость вращения 120 оборотов в минуту, но скажите мне — что в этой машине невозможно построить в том же Древнем Египте? Подшипник скольжения, который не несет нагрузок? Ременная передача вместо шестеренок? (кстати, на верхнем фото ремень). Диэлектрические диски? Кусочки металлической фольги без разницы какого металла? Лейденские банки?

Главное отличие использования такой штуки где-нибудь в Древней Греции — в горячем и влажном воздухе искра будет в полтора раза меньше.
Но искра ведь запасается в лейденской банке, и для попаданца выгоднее будет сделать простой конденсатор, куда более емкий. Ведь конструкция такой машины фактически не изменилась со времен ее изобретения, тут есть что совершенствовать.

Когда в 1865 году эта штука была изобретена, она применялась для развлечения — выстраивался ряд людей, держащихся за руки и через эту цепь пропускался заряд. Удар электрическим током был незабываемым опытом, желающих хватало, а кардиоэлектростимуляторов, которые бы позагинались от такого развлечения, тогда еще не придумали.

Если попаданец все же решится основать религию, то такая девайсина ему крайне пригодится.
По сравнению гальванической батареей она дает не пол-вольта, а десятки тысяч вольт. Пяти-сантиметровая искра в полутемном храме это нечто! Да и бьюшие током иконы тоже неплохо.

При этом — никаких сложных элементов, заряд накапливает за считанные секунды и заряд солидный.

Кроме всего прочего — позволяет легко намагнитить компас.

И последнее — будете строить электрофорную машину в древности, стройте из благородных металлов, красного дерева, перламутра и прочего. Вплоть до рога единорога.

Это ведь не паровая машина, пыхтящая в темном закоулке технологического помещения, это вещь, которая должна внушать!

Источник: http://www.popadancev.net/elektrofornaya-mashina/

Генератор статического электричества своими руками

В этом видео уроке будем собирать электрофорную машину, которая представляет из себя генератор статического электричества. В начале рассматриваются общие вопросы по назначению и конструкции этой машины, потом подробно показаны все шаги по ее изготовлению своими руками.

Посмотрите на выбор ручных генераторов в этом китайском магазине.

Устройство состоит из основания, на котором крепятся ее детали. Также в ее состав входят две стойки с осями, на которых крепятся два диска с металлизированным покрытием.

Имеются также две лейденские банки, которые являются, по сути, конденсаторами или накопителями заряженных частиц. Разрядники, которые функционируют по мере накопления заряда конденсаторов, съемники заряженных частиц с передней и с задней стороны дисков.

Важно

Диски приводятся в движение при помощи ременной передачи. Мы крутим ручку и за счет этого происходит вращение дисков.

Мастера покупают изобретения в этом китайском интернет-магазине.

Первые генераторы статического электричества были одновременно изобретены в Германии в одно и то же время Августом Теплером и, независимо от него, Вильгельмом Гольцем.

Принцип работы электрофорной машины. Поскольку диски вращаются относительно друг друга в противоположные стороны, они создают положительные и отрицательные заряды.

При вращении дисков по мере накопления зарядов происходит разряд.

Авторы видео решили изготовить данную машину, которую можно повторить своими руками в обычных домашних условиях. На сайтах в интернете есть несколько примеров создания такого генератора, но данная конструкция будет иметь двигатель.

Сначала были сделаны чертежи будущей машины. В первую очередь были рассчитаны параметры диска. После проделанной предварительной работы приступили к созданию устройства.

Электроника для самодельщиков в китайском интернет-магазине.

Основные детали

Машина будет состоять из следующих элементов. Это 2 диска, которые будут вращаться в противоположные стороны, они будут сделаны из CD-дисков. Два двигатель от компьютерного кулера, которые будут приводить их в движение.

Диск будет приклеен двухсторонним скотчем на ротор мотора. Сам двигатель крепится к стойке. Стойки будут сделаны из оргстекла. Также будут использованы лейденские банки.

Это пустая металлическая емкость, от которой идет один контакт, далее полистироловый диэлектрик и латунный контакт.

Совет

Для начала нужно снять покрытие с диска, чтобы получить прозрачную заготовку. Для этого используем канцелярский нож. Для создания рабочего диска нужны эскизы, они выполнены на компьютере. Шаблон лепестка можно изготовить из подходящего материала, для этого хорошо подойдет банковская карта.

Теперь, используя шаблон, приступаем к разметке на скотче. Прикладываем шаблон и вырезаем все нужные фрагменты. Всего было вырезано 20 лепестков на один диск. Должно получиться 20 секций. Угол между двумя лепестками составляет 18 градусов.

Разметка производится при помощи обычного листа в клеточку и транспортира. Теперь накладываем диск точно в середину координат, при помощи ножа или шила делаем насечки по 18 градусов. Наклеиваем лепестки в соответствии с линиями. В точной аналогии с первым диском был сделан второй диск.

Он был обработан, чтобы обеспечить зазор.

У мотора удаляем желтый провод. Отсекаем ребра жесткости, чтобы можно было отсоединить двигатель. Некоторое место нужно оставить под монтажные отверстия.

Продолжение

Источник: https://izobreteniya.net/generator-staticheskogo-elektrichestva-svoimi-rukami/

Электрофорная машина – принцип работы. Как сделать электрофорную машину своими руками

Образование 7 апреля 2014

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.

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.

Видео по теме

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).

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.

Обратите внимание

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.

Источник: fb.ru

Источник: https://monateka.com/article/189322/

Электрофорная машина гольца

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.

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.

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

Впервые электрофорная машина была создана в 1865 г. немецким физиком-экспериментатором Августом Теплером, отметившим в одной из своих статей в 1867 г.

, что «электрофорная машина представляет собою, пожалуй, наиболее прямой путь для получения электрических действий за счет механической работы». Одновременно с Теплером и независимо от него электрофорная машина была также изобретена другим немецким физиком Вильгельмом Гольцем (1836-1913).

Машина Гольца имела более простую, чем машина Теплера, конструкцию, но в то же время позволяла получать большую разность потенциалов и могла использоваться в качестве источника постоянного электрического тока.

Благодаря своим преимуществам машина Гольца получила наибольшее распространение среди электрофорных машин и изготавливалась не только для научных целей, но и для оснащения физических кабинетов различных учебных заведений.

Важно

Машина Гольца, представленная в экспозиции Политехнического музея, относится к старейшим его экспонатам.

В экспозиции Педагогического отдела Политехнической выставки 1872 г., от которой ведет свою историю музей, в Отделении военного ведомства был представлен образцовый физический кабинет для военных учебных заведений. Среди его экспонатов была и машина Гольца с принадлежностями.

После выставки машина Гольца поступила в Политехнический музей и с тех пор широко использовалась в его экспозиции. Так, в статье директора физического отдела музея А. С. Владимирского «О составе коллекции отдела прикладной физики Политехнического музея» за 1874 г. мы читаем: «Большая электрофорная машина Гольца работы г.

Рихтера служит для освещения юбилейного щита из гейслеровых трубок, сделанного замечательным мастером этого дела в Париже Сегюи». Эта же машина Гольца упоминается в кратких указателях коллекций Политехнического музея за различные годы. Например, в указателе коллекций за 1882 г.

в разделе, посвященном отделу прикладной физики, говорится: «Среди залы стоит громадная электрическая машина Гольца (работы Рихтера) с принадлежностями; над нею светящаяся надпись из гейслеровых трубок, напоминающая о Политехнической выставке 1872 г.».

Машина Гольца использовалась в музее также для учебных целей при проведении Воскресных «объяснений» коллекций Политехнического музея. Кроме того, эта электрическая машина служила и научным целям в изучении природы электричества.

Так, например, устройство и принцип действия машины Гольца неоднократно обсуждались на заседаниях Императорского общества любителей естествознания, антропологии и этнографии, проходивших в музее.

Рассмотрим теперь кратко принцип работы машины Гольца, привлекавшей к себе внимание ученых и посетителей музея с первых дней его основания.

Совет

Основные рабочие части машины объединены в систему из двух стеклянных дисков и металлических вилок (гребенок) для снятия зарядов с дисков. Стеклянные диски имеют разный диаметр: неподвижный диск – 100 см, вращающийся диск – 94 см.

Неподвижный диск опирается на эбонитовую пластинку и поддерживается в вертикальном положении при помощи эбонитовых кружков, закрепленных на изолирующих стойках. В неподвижном диске сделаны вырезы, а на его задней поверхности наклеены бумажные неполные секторы, называемые оправами, оканчивающиеся бумажными же язычками, передние края которых имеют заостренную форму.

Эти острия проходят через упомянутые вырезы и несколько изогнуты по направлению к задней поверхности другого стеклянного диска, расположенного перед неподвижным диском. Этот передний диск имеет меньший диаметр и вращается на горизонтальной оси, проходящей через центральное отверстие большого диска. Оба диска, оправы и их язычки покрыты слоем гуммилака.

Перед вращающимся диском вдоль горизонтального диаметра расположены две латунные гребенки, каждая из которых соединена с соответствующим латунным кондуктором, оканчивающимся спереди шаром, через который проходит латунный стержень с шариком и деревянной рукояткой. Передний диск вращается посредством рукоятки и системы шкивов с ременной передачей.

К собственным кондукторам электрофорной машины могут быть подсоединены две лейденские банки, устанавливаемые на специальные медные подставки, позволяющие с помощью проволоки соединить их внешние обкладки. На передней стороне основания машины располагаются два латунных столбика с зажимами для подсоединения проводов.

Для того чтобы можно было воспользоваться током машины Гольца, стержни с шариками наклоняют так, чтобы они прикасались к столбикам.

Принцип работы машины удобно рассматривать на ее горизонтальной проекции. Перед началом эксплуатации необходимо наэлектризовать оправы разноименными зарядами (например, р +, а р’ -).

Эти оправы (полоски) в соответствии с явлением индукции будут действовать на вращающийся диск В, а через него на гребенки О и О’, при этом р, обладая положительным зарядом, вызовет через влияние появление отрицательного заряда в части m диска В и притянет тот же заряд из гребенки О, который отложится в части m’ диска В. Таким образом, диск В электризуется отрицательно на обеих своих сторонах в m и m’, в то время как гребенка О и кондуктор Сг заряжаются положительно. По мере вращения диска m и m’ перемещаются к окну F’, где поверхность m’ усиливает влияние полоски р’, притягивая из гребенки С’ положительный заряд, заряжая гребенку О’ и кондуктор С’г’ отрицательно. В свою очередь m, оказывая индуктивное воздействие на полоску р’, притягивает положительный заряд, поддерживая ее в отрицательном состоянии. Затем части m и m’ снова проходят перед окном F и т.д., повторяя последовательно описанный процесс. Таким образом, электорофорная машина Гольца позволяет одновременно получать заряды обоих знаков.

Обратите внимание

Сегодняшние посетители Политехнического музея, могут познакомиться с этим удивительным экспонатом, памятником науки и техники, сделанным в России и внесшим свой вклад в изучение, распространение и популяризацию научных знаний об электричестве.

В.М.Витвицкий

Источник: http://school-collection.iv-edu.ru/dlrstore/9e7059c6-7a0e-4fb5-8d68-5e43da7b80c6/JelektrofornajaMashinaGolca-opis.htm

Машина электрофорная малая МЭМ

Вернуться в каталог

Учебное оборудование предназначено для получения больших электрических зарядов и высоких разностей потенциалов при постановке демонстрационных опытов по электростатике, для проведения, в сочетании с другими приборами, экспериментов на распределение электрического заряда по поверхности проводника тока, экспериментов по определению электрических силовых линий в электростатическом поле, экспериментов с точечным электрическим разрядом, электрическим разрядом в вакуумной трубке и других экспериментов. Кроме того этот прибор является одним из наиболее привлекающих внимание и интерес учащихся, благодаря своей наглядности.

Оборудование также может применяться самостоятельно для проведения следующих опытов:

определение электростатической индукции,
получения искрового разряда,
получение точечного электрического разряда,
изменения емкости электрического конденсатора (лейденская банка генератора）

Прибор состоит из двух вращающихся в противоположные стороны пластмассовых дисков и двух лейденских банок. Внешние обкладки банок соединяются между собой подвижной пластиной, расположенной между двумя зажимами, а внутренние соединены с отдельными кондукторами. За изолирующие ручки кондукторы можно поворачивать и изменять расстояние между ними. С внешней стороны на дисках нанесены алюминиевые секторы, с которыми соприкасаются щетки.
Диски охвачены металлическими гребешками, присоединенными к лейденским банкам и к двум разрядникам. Диски приводятся во вращение при помощи прямой и перекрестной ременных передач.
Все части машины установлены на пластмассовых стойках, которые укреплены на деревянной подставке вместе с дейденовскими банками.
Для полноценной работы устройства необходимо следить, чтобы один из щеткодержателей был установлен к горизонтальному диаметру диска под углом приблизительно 450, второй – под прямым углом к первому. Если не происходит накапливания зарядов на лейденских банках, необходимо произвести первоначальную зарядку дисков. Для этого в зазор между ними вставить лист бумаги или кусок тонкого сукна, и вращать рукоятку, чтобы получить искру между разрядниками, после чего бумагу или ткань удалить.
После окончания демонстрационных работ разрядники необходимо замкнуть, чтобы нейтрализовать накопленный заряд.

В комплект поставки входят:

Прибор- 1 шт.
Ручка приводная- 1 шт.
Руководство по эксплуатации- 1 шт.
Коробка упаковочная- 1 шт.

Габаритные размеры – 35х30х18 см

Вес оборудования – 3 кг.

Машина электрофорная малая МЭМ в наличии на складе. Доставка по Москве и области, а также во все регионы России и страны СНГ. Возможен самовывоз со склада в Москве.

**Гарантии на обмен и возврат товара.

Источник: http://skale.ru/magazin/product/mashina-elektrofornaya-malaya-mem

Электростатический генератор своими руками | 2 Схемы

Принцип работы генератора статического электричества (ещё их называют электрофорные машины) заключается в том, что диски вращаются относительно друг друга в противоположные стороны и создают положительные и отрицательные заряды. При вращении дисков по мере накопления зарядов происходит разряд — молния между электродами.

Как это работает — теория

Вращение дисков с металлическими секторами приводит к переносу электрического заряда внутри машины, который хранится в конденсаторах до момента возникновения искры или заряда утечки.

Самые важные части в электрофорном агрегате – нейтрализаторы. Это две перемычки со щетками установленные крестом. Если хотя бы одну из четырех щеток отодвинуть от сегментов, машинка перестает работать. Хотя казалось бы диски вращаются, электризуются трением о воздух и значит электричество вырабатывается.

Нейтрализатор делает следующее: он перетаскивает заряд с одной половинки диска на другую и диск оказывается не просто заряжен, а заряжен избирательно — не по всей плоскости.

Другими словами, диск собирает заряды из воздуха, а нейтрализаторы их перераспределяют. Заряд снимается щеткой, движется по проводнику к противоположной щетке и в тот момент когда напротив сегмента появится сегмент второго диска — перескакивает на него.

Далее этот сегмент подходит к щетке второго нейтрализатора и процесс повторяется, но уже на другом диске. Таким образом происходит кругооборот зарядов между дисками в процессе которого воздух между сегментами ионизируется и разделяется. В результате накачки увеличивается напряжение, кроме того в машинке работает эффект раздвигания обкладок конденсатора, что также способствует увеличению напряжения.

Миниатюрное устройство по созданию таких безвредных молний (но не для микроэлектроники) легко сделать своими руками.

Данный электростатический генератор способен генерировать более 20000 Вольт, но малый ток делает его безопасным для использования без специальных мер предосторожности.

Характеристики устройства

Высота: около 140 мм
Ширина: приблизительно 120 мм
Питание: 3 В 0,3 А
Статический заряд: 20 кВ
Диаметр диска: 120 мм

Руками тут ничего крутить не нужно (как это было в прототипе позапрошлого века) — всё делают 2 электромотора. достаточно нажать на кнопку включения и подождать некоторое время до накопления заряда на электродах.

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.

Проект «Сборка электрофорной машины»

Адмиралтейский район Санкт-Петербурга

Государственное бюджетное образовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа

№235 им. Д. Д. Шостаковича

с углубленным изучением предметов художественно — эстетического цикла Адмиралтейского района Санкт-Петербурга

190121,г. Санкт-Петербург, наб. р. Пряжки, д. 2-4, 6,

т/факс 572-51-62, 572-58-46, 572-58-45

Городская научно-практическая

конференция старшеклассников

Санкт-Петербурга

«Лабиринты науки»

Секция «Физика. Астрономия»

«Сборка электрофорной машины»

Выполнил:

Ермилов Егор.,

учащийся 8 класса сфм

Руководитель работы:

Кокшарова О.А., учитель физики,

ГБОУ средняя школа №235 им.Д.Д.Шостаковича

Санкт-Петербург

2019

В истории науки было создано несколько видов электрофорных машин. Первая электростатическая машина появилась около 1650 г. Ее сконструировал немецкий ученый, 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. В то же время она имела более простую конструкцию. В 1865 г. физик-экспериментатор из Германии Август Теплер разработал чертежи электрофорной машины. Одновременно с этим было сделано второе независимое открытие подобного агрегата немецким ученым Вильгельмом Хольцем. Машина Хольца по сравнению с машиной Теплера позволяла получать большую разность потенциалов и могла использоваться в качестве источника постоянного электрического тока. Простая начальная конструкция применения электрофорной машины в 1883 г. была усовершенствована Джеймсом Вимшурстом из Англии. 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, поэтому мы решили собрать ее самостоятельно.

Электрофорная машина Вильгельма Хольца

Генератор Вимшурста

Современная модель

Гипотеза. Мы предполагаем, что работающую электрофорную машину можно создать в домашних условиях

Цель работы: Собрать электрофорную машину.

Задачи:

Изучить и проанализировать литературу по истории изобретения электрофорной машины;
Сравнить достоинства и недостатки различных видов электрофорных машин;
Сформулировать принцип работы электрофорной машины;
Собрать электрофорную машину;
Дать рекомендации по сборке электрофорной машины.

Материалы:

Виниловые пластинки, 2 шт;
Алюминиевый скотч;
Фанера;
Стеклянные банки 2 шт;
Контакты для крепления проводов;
Болты с гайками;

Многожильныные провода;
Изолента;
Латунные трубки;
Телефонный кабель;
Болт 8мм 4 шт;
Гайки 8 шт;
Шайбы 6шт;

Инструменты:

Ножницы;
Резак по бумаге;
Линейка;
Простой карандаш;
Транспортир;
Ручка;
Электролобзик;
Пила;
Фрейзерная машина;
Дрель;
Кусачки;
Пассатижи;
Отвертка крестовая и обычная;
Циркуль;
Пинцет;
Клеевой пистолет.

Берем две виниловые пластинки одинакового диаметра, на них будет образовываться статический заряд.

Размечаем пластинку на чётное количество сегментов.

Наклеиваем на каждую сторону пластинки алюминиевые лепестки. Всего понадобилось – 32 штуки

Изготавливаем лейденские банки. С помощью алюминиевого скотча оклеиваем стеклянную банку на две трети корпуса, внутри и снаружи.

С помощью электролобзика и фрейзерной машины выпиливаем основные деревянные детали: подставку, деревянные стойки, шкивы, рукоятку для вращения. С помощью столярного клея, склеиваем детали шкива.

Пилим латунную трубку на сегменты длинной 30 см. Острым гвоздём пробиваем отверстия, в которые в дальнейшем вставим гвозди, играющие роль коллектора. Латунную трубку загибаем в виде подковы. В другие две латунные трубки вставляем в отверстия с двух сторон очищенную от оплетки жилу телефонного кабеля. Они будут выполнять функцию щеток в нейтрализаторе.

Соберем всю конструкцию с помощью болтов диаметром 8 и длинной 120мм. В соответствии с получившимся расстоянием между стойками, закрепим их на подставке с помощбю столярного клея.

Просверлим болты и закрепим в них латунные трубки коллектора с помощью проволоки. Нижнюю часть болта закрепим в крышке лейденской банки гайками, через кузовную шайбу(для устойчивости). Под нижнюю гайку заведем цепь, с длинной достаточной для её устойчивого контакта с дном банки. Установим банки с закрепленными на них коллекторами на алюминиевую полосу и закрепим её клеевым пистолетом так, чтобы подкова коллектора располагалась симметрично относительно дисков. В пробитые отверстия вставим гвозди, с минимальным зазором относительно диска. Для изготовления разрядника потребовались две латунные трубки и шарики оклеенные алюминиевой фольгой, позже в инструментах нашлись две детали в скруглённых конусов которые и заменили шарики. Для ремней шкивов использовали текстильные резинки для волос. Трубки изолировали синей и красной изолентой.

Электрофорная машина двойного вращения состоит из двух встречно вращающихся дисков. На обоих дисках находятся проводящие сегменты, 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 нейтрализатору, который отводит заряд щетками с двух противоположных сегментов диска на землю. С левой и правой стороны дисков находятся коллекторы. 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. Перед началом эксплуатации необходимо наэлектризовать оправы разноименными зарядами (например, р +, а р’ -). Эти оправы (полоски) в соответствии с явлением индукции будут действовать на вращающийся диск В (рисунок 2), а через него на гребенки О и О’, при этом р, обладая положительным зарядом, вызовет через влияние появление отрицательного заряда в части m диска В и притянет тот же заряд из гребенки О, который отложится в части m’ диска В.

Таким образом, диск В электризуется отрицательно на обеих своих сторонах в m и m’, в то время как гребенка О и кондуктор Сг заряжаются положительно. По мере вращения диска m и m’ перемещаются к окну F’, где поверхность m’ усиливает влияние полоски р’, притягивая из гребенки С’ положительный заряд, заряжая гребенку О’ и кондуктор С’г’ отрицательно. В свою очередь m, оказывая индуктивное воздействие на полоску р’, притягивает положительный заряд, поддерживая ее в отрицательном состоянии. Затем части m и m’ снова проходят перед окном F и т.д., повторяя последовательно описанный процесс.

В ходе работы выяснили, что существует несколько видов электрофорных машин;
Механическую энергию можно с помощью электрофорной машины перевести в электрическую;
Столкнулись с проблемой точности описания прибора и используемых материалов;
Сформулировали принцип действия электрофорной машины
Рекомендации по сборке электрофорной машины:

- щетки нейтрализатора и коллектор в разных источниках называли одинаково «нейтрализатор» по этой причине возникла трудность с позиционированием щёток нейтрализатора. Проверяя опытным путём, подтвердили теоретические данные о положении нейтрализаторов на 30⁰ относительно коллектора.

https://studbooks.net/1961778/matematika_himiya_fizika/konstruktsiya_elektrofornoy_mashiny

http://electricity-automation.com/page/elektrofornaya-mashina-generator-wimshursta

https://vashtehnik.ru/enciklopediya/elektrofornaya-mashina.html

https://ru.wikipedia.org/wiki/Электрофорная_машина

Генератор Ван де Граафа своими руками. Описание и принцип работы :: SYL.ru

На уроках физики, чтобы показать действие, совершаемое статическим электричеством, демонстрируют генератор Ван де Граафа. Необычное устройство, пуская в разные стороны миниатюрные молнии, приводит в восторг учеников. Но мало кто знает, что генератор также использовался для опытов в сфере ядерной физики.

История создания

Американский физик Роберт Ван де Грааф (1901-1967), работавший в Принстонском университете, вошел в историю как создатель электростатического ускорителя элементарных частиц.

Первое описание генератора Ван де Граафа было сделано в 1929 году, а через два года он создал высоковольтный ускоритель, который мог выдавать электрическое напряжение 1 МВ. В 1935 году усовершенствованная конструкция вырабатывала уже 7 мегавольт.

Генератор Ван де Граафа впоследствии стал основой для современной разновидности линейного ускорителя, названного пеллетроном. Разница между ними заключалась в способе передачи заряженных частиц. Если у генератора они передавались при помощи диэлектрической ленты, то у пеллетрона — металлической цепью.

Принцип действия

Конструкция генератора позволяет делать его как в горизонтальном исполнении, так и в вертикальном. Основной его частью является большая металлическая сфера, на поверхности которой происходит накопление заряженных частиц. Внутри корпуса из изолированного материала находятся два ролика, соединенных между собой диэлектрической лентой. Изначально она была выполнена из шелка и резины, а впоследствии заменена цепью.

Нижний ролик имеет заземление и соединение с малой сферой, также у него есть привод для вращения. Верхний ролик через металлическую щетку соединен с большой сферой.

По мере вращения нижнего ролика происходит ионизация воздуха с последующим переносом заряженных частиц к верхнему ролику. Через металлическую щетку поток ионов переносится на поверхность большой сферы, где накапливается в виде электростатического заряда.

Мощность генератора Ван де Граафа ограничена коронным разрядом, создающим светящуюся оболочку вокруг заряженного электрода.

Где применяется генератор

Изначально устройство применялось для разгона заряженных частиц, но со временем появились более совершенные ускорители, и необходимость в нем отпала. В настоящее время опыты с генератором Ван де Граафа ставятся в основном для моделирования процессов, происходящих во время грозовых разрядов.

В современных школах это устройство является стандартным оборудованием физических кабинетов. На территории бывшего СССР генератор не выпускался. В школах для опытов использовалась электрофорная машина Вимшурста, которая была впоследствии названа «Разряд».

Способность генератора издавать разряды используется в различных шоу-программах и цирковых трюках. Он может создавать поле, удерживающее в воздухе небольшие предметы, а мощный заряд позволяет работать электрическим приборам вдали от источника электричества.

Меры предосторожности

Как любое устройство, создающее высокое напряжение, генератора Ван де Граафа требует мер предосторожности при работе с ним. Разряду неважно, где возникать: между разнополярными электродами или между заряженным электродом и телом человека. Достаточно существенной разницы в потенциалах. Поэтому при работе с генератором человек должен находиться на резиновом коврике, чтобы его потенциал оставался нейтральным по отношению к накопленному заряду.

Если человек будет находиться на полу, тем более на влажном, то он станет отличным проводником для передачи заряженных частиц земле, и через его тело пройдет разряд величиной в несколько тысяч, а может, и миллионов вольт. Единственное, что может позволить человеку остаться в живых — это малая сила тока.

Люди, имеющие кардиостимуляторы, не должны приближаться к генератору. Электронные приспособления, такие как часы, сотовые телефоны, могут давать сбой в работе. Поэтому перед началом экспериментов нужно оставить их в стороне.

Перед началом работы

Элементы генератора, такие как ленты, шкивы, сфера, притягивают к себе пыль, как магнит. Перед началом работы нужно очистить механизмы. Для этого нужно снять большую сферу и влажной тряпочкой протереть детали устройства. Если накопленный заряд не позволяет избавиться от пыли, то можно применить спрей-антистатик для волос.

Самое важное, что нужно сделать до начала вращения генератора — это убедиться в заземлении малого электрода. Иначе разряд будет бить в объект, обладающий большей массой, то есть в человека.

Из чего собрать генератор в домашних условиях

Теперь, когда принцип действия генератора Ван де Граафа известен, можно самостоятельно собрать действующую модель для домашних экспериментов. После небольших испытаний выяснилось, что для получения заряженных частиц лучше всего подходит труба ПВХ для водопровода. Если ее потереть синтетическим материалом, то появившийся в ней заряд позволят притягивать мелкие бумажки, отклонять струю воды, падающей вниз. Поэтому ПВХ-труба станет источником заряженных частиц.

А что будет переносить электроны на сферу генератора? Опыты показали, что лучше всего подходит медицинский бинт Мартенса. Он состоит из полиэстера, латекса и хлопчатобумажной ткани.

Теперь, когда определились с основными рабочими частями, составляется полный список необходимых материалов:

Большая металлическая сфера. Она изготавливается из двух крупных салатниц, продающихся в ближайшем гипермаркете.
Труба ПВХ. Потребуется 2 отрезка разного диаметра. Первый станет корпусом генератора, а второй нужно подобрать таким образом, чтобы он плотно надевался на шкив, соединенный с приводом.
Верхний шкив. Можно использовать любой подходящий предмет, на котором бы держалась лента, не соскакивая. Например, старую втулку от велосипедного колеса или большую пластиковую катушку с бортами.
Отрезок медного многожильного провода. Из него будут изготовлены щетки, снимающие и передающие заряд.
Маломощный электродвигатель. Потребуется для вращения нижнего шкива. Однако если есть желание, то привод можно сделать ручной.
Металлические планки для опоры генератора, а также для фиксации шкивов на ПВХ трубе.
Металлический половник. Будет выступать в роли малого электрода.

Сборка генератора Ван де Граафа своими руками

Когда все материалы подготовлены, можно приступить к изготовлению:

Из металлических планок сделать прямоугольную основу для генератора. Ее нужно выполнить в форме квадрата. Размеры должны обеспечивать устойчивость конструкции. Также нужно предусмотреть крепление под электродвигатель.
Закрепить на валу электродвигателя нижний шкив. Рабочая поверхность его должна быть закрыта куском ПВХ трубы, который отрезается по ширине бинта Мартенса.
Закрепить на платформе электродвигатель таким образом, чтобы шкив находился по ее центру.
Над шкивом прикрепить в вертикальном положении трубу ПВХ диаметром 150 мм. По длине она должна быть 50-60 см. Чтобы было легко снимать и надевать ленту, на трубе нужно сделать осевой вырез шириной 4-5 см.
На верхнюю часть вертикальной трубы нужно установить второй шкив. Делается это с помощью крепежных скоб.
Изготовить из салатниц сферу. Для этого на одной из них вырезать в нижней части отверстие точно по диаметру трубы. К этой же салатнице по периметру нужно припаять несколько скоб, которые будут удерживать вторую половину.
Сделать щетку из многожильного провода. Для этого снять изоляцию на отрезке 2-3 см и развести пучок на отдельные провода. Щетку одним концом нужно закрепить так, чтобы она касалась верхнего шкива, а другой конец нужно припаять к сфере.
Чтобы из половника сделать электрод, нужно соединить рукоятку с металлической основой генератора и выполнить заземление. Ручку надо изолировать. Для этого подойдет та же ПВХ труба небольшого диаметра.

Прототипы генератора Ван де Граафа на фото столетней давности мало отличаются от устройства, сделанного своими руками. Теперь, когда прибор полностью готов, можно приступать к опытам.

Машина Джейка Вимшерста и как ее построить! (Часть 1)

В прошлом году я написал статью для журнала Make Magazine № 17, в которой описывалась конструкция электростатического генератора электричества, машины Wimshurst Influence, с использованием деталей и материалов, обычно доступных в вашем местном домашнем центре и хозяйственном магазине.

Я был немного удивлен и весьма доволен, когда понял, что по контракту с O’Reilly Media (издателем Make 🙂 я сохраняю авторские права на представленный мной материал.То, что я продал О’Рейли, было, по сути, правом на использование и публикацию в первую очередь.

Итак, это для вашего удовольствия! Это первая часть из пяти частей, в которых подробно описывается конструкция машины Wimshurst Influence! (ОБНОВЛЕНИЕ: добавлен чертеж с крупными размерами. )

Часть 1 — Обзор, материалы и инструменты

При сборке лаборатории джентльмен или женщина-экспериментатор должны обязательно включить электростатическую генераторную машину Вимшерста.Это устройство будет не только без устали служить для исследований в области естественной философии, но и в интересных домашних играх, таких как electric kiss ! Здесь мы продемонстрируем конструкцию такой машины Wimshurst из материалов, которые легко приобрести в вашем местном домашнем центре или хозяйственном магазине.

Введение:

Электростатические машины всегда казались мне чем-то вроде волшебства. Я работал и играл с электроникой с 6 лет, поэтому хорошо разбираюсь в индукции и электромагнетизме.Однако электростатика — это совсем другое дело. Эти машины, которые создают заряды высокого напряжения, не имеют привычных катушек из медной проволоки, постоянных магнитов и коммутаторов обычных генераторов. Они сделаны из латуни, стекла и дерева и выглядят скорее механическими, чем электрическими. Но самое крутое в электростатических машинах — это то, что можно почувствовать, как работают. Когда вы начнете запускать машину Wimshurst, вы услышите, как она начинает потрескивать и шипеть от энергии, вы почувствуете резкий запах производимого озона и почувствуете, как волосы на руке встают дыбом, когда лейденские банки заряжаются.

Обзор функций:

Основными компонентами машины Wimshurst Influence являются пара дисков встречного вращения с металлическими полосами или секторами, , пара собирающих заряд гребенок и пара нейтрализующих стержней с проводящими щетками, которые контактируют с секторами. Все мы знакомы со статическими ударами, которые мы получаем, вставая с места и касаясь дверной ручки в сухую погоду. Этот акт отделения вашей задней части от стула вызывает дисбаланс заряда; Машина Вимшерста, по сути, представляет собой идеализированную серию задних людей и стульев, бесконечно сидящих и стоящих с парой собирающих гребней, чтобы собрать произведенный заряд, чтобы с ним можно было сделать что-нибудь полезное.

Наша машина будет построена из материалов, доступных в вашем местном домашнем центре или хозяйственном магазине, и может быть собрана с использованием обычных ручных инструментов. Самые сложные операции будут включать в себя пайку, но вскоре вы обнаружите, что прикрепление латунных шариков и стержней таким способом намного проще, чем пайка интегральных схем или работа с устройствами для поверхностного монтажа. Однако для этого потребуется утюг несколько большего размера и, возможно, небольшой фонарик.

История:

Некоторые из самых ранних примеров электростатических генераторов были построены в семнадцатом веке и обычно состояли из вращающейся арматуры, сделанной из янтаря, серы или стекла, и ткани или щетки для создания трения и наведения заряда.Эти машины имели очень разные уровни производительности и были довольно привередливы. Они очень зависели от погоды и низкого уровня влажности в воздухе и часто вообще не работали во влажный день.

Примерно в 1860 году немецкие физики Вильгельм Хольц и Август Топлер независимо друг от друга разработали «влияющие» машины, которые создавали электростатический заряд без необходимости иметь кусок ткани или меха в непосредственном контакте с вращающейся арматурой. Однако этим машинам требовался исходный источник из фрикционного устройства для обеспечения дисбаланса заряда, который затем усиливался вращающейся машиной.

В 1880 году Джеймс Вимшерст, английский инженер и изобретатель, заинтересовался машинами влияния и начал создавать образцы самых распространенных машин того времени в своей домашней мастерской. К этим машинам он добавил свои собственные модификации и улучшения, улучшив конструкцию металлических секторов, используемых некоторыми, и разработал машину с двумя дисками встречного вращения, а не с одним вращающимся диском, который использовался ранее. Хотя он никогда не подавал заявки на патенты на свою работу, его усовершенствования настолько улучшили работу этих машин влияния, что они стали широко известны под его именем.

Машины Вимшерста использовались учеными и экспериментаторами, исследующими электростатику, но также, что более важно, медицинскими работниками. Аппараты Вимшерста с несколькими наборами дисков использовались для возбуждения рентгеновских трубок, используемых в ранней медицинской визуализации. Меньшие аппараты Wimshurst также использовались для нанесения удара электрическим током непосредственно на пациента. Хотя маловероятно, что эти шоковые процедуры действительно помогли пациентам дня, как только вы получите возможность поиграть на своей собственной машине Wimshurst, вы наверняка поймете, как пациент может поверить, что машина должна делать что-то !

Машины Wimshurst также нашли свое место в викторианских развлечениях.После прекрасной еды гости часто уходили в гостиную для игр, дискуссий и демонстраций научного характера. Можно представить, что внутренняя сторона машины Вимшерста с ее вращающимися стеклянными дисками, треском электрического разряда и громким отчетом о генерируемых шестидюймовых искрах, должно быть, сделали ее особенно популярной. А для самых смелых в подходящей компании была проведена демонстрация, известная как электрический поцелуй .

Во время демонстрации свойств электростатики с помощью электрического поцелуя двое добровольцев стояли на изолирующих поверхностях. Каждый из них касался одного из двух сборщиков заряда машины Вимшерста, а затем медленно и без соприкосновения какой-либо другой части своего тела сводил свои губы вместе для неизбежного «покалывания» электричества.

Обратите внимание: электрический поцелуй рекомендуется демонстрировать только с вынутыми из цепи лейденскими банками, поскольку оставление их внутри приведет к довольно болезненному толчку. Я полагаю, что в викторианскую эпоху было немало людей как садистских, так и мазохистских взглядов, которым нравилось оставлять сосуды занятыми!

Материалы:

Рисунок 2 wimshurst-materials-blue-bg.jpg

При разработке этого конкретного проекта я старался брать материалы только из моего местного домашнего центра и хозяйственных магазинов. Единственный предмет, который я не смог найти на месте, это пара больших уплотнительных колец, которые я использовал для приводных ремней. Источники для них указаны в конце этого списка материалов. Кроме того, вы, возможно, не сможете найти именно то оборудование, которое я использовал, но есть много похожих компонентов, и вам не составит труда найти альтернативы.

Защитный кожух для люминесцентной лампы — используется для изготовления двух лейденских сосудов.
Балясины лестницы — это опоры для вращающихся дисков.
1/8 «Бронзовый пруток для пайки — будет использоваться для изготовления всех проводников. Если вы не можете найти его в местном хозяйственном магазине, поищите магазин сварочных принадлежностей, они продаются фунтами и невероятно полезны для многих. вещи, даже если у вас нет кислородно-ацетиленовой горелки.
Стержень маркера проезжей части из стекловолокна — убедитесь, что он круглый и имеет диаметр 5/16 дюйма; это будут валы и изолированные опоры.
Тонкостенная латунная трубка с внешним диаметром 3/8 дюйма — одна секция 3 ‘.
Комплект полок Knick-Knack — примерно 24 на 6 дюймов. Вы можете использовать любую доску размером ¾ «, какая только пожелаете, на полке в комплекте есть красивая направляющая, которая добавит к общему виду проекта.
Сменные колеса для роликовых коньков — количество 2.
Детали лампы. Вам понадобится набор деталей лампы, которые могут различаться в зависимости от того, что доступно в вашем магазине.Здесь изображены тяговые цепи, наконечники и шариковые гайки, используемые для изготовления частей гребенок коллектора заряда и разрядных электродов. Также показаны ручки шкафа, которые не использовались в этом проекте, но могут быть хорошей альтернативой. Для получения подробной информации см. Этап строительства сборщика заряда.
1-дюймовые вешалки для медных труб — их вы найдете в разделе сантехники, они из стали с медным покрытием.
Фитиль для припоя (без изображения) — для нейтрализующих щеток вам, возможно, придется посетить Radio Shack.
Резиновые ножки — количество 6.
Шкивы для бельевой веревки — должны быть пластиковыми.
3/16 «Акриловое остекление — достаточно, чтобы вырезать (2) 14» круга из. Подойдет и поликарбонат, с ним проще работать, но он стоит более чем в два раза дороже.
Алюминиевая лента (без рисунка) — встречается с клейкой лентой и расходными материалами для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, используйте такую же с отклеивающейся бумажной основой.
Ремни с резиновыми уплотнительными кольцами (без рисунка) — доступны в McMaster-Carr, номер детали: 94115K259, около 15 долларов за упаковку из восьми штук.

Общая стоимость закупки новых материалов составляет около 100 долларов США. Тем не менее, это все относительно распространенные предметы, поэтому немного потрудитесь и, возможно, немного нырните в мусорную корзину, что даст вам значительную экономию.

инструментов:

Ножовка с мелкими зубьями, копировальная пила, угловая коробка
Нож X-acto, ножницы
Напильник по металлу, наждачная бумага зернистостью 400, стальная вата # 00
Электродрель, различные сверла, в том числе 5/16 «, встречная раковина и многоступенчатое сверло
# 6-32 метчик и ручка
Маленькая паяльная горелка и / или большой паяльник
Отвертки и плоскогубцы разные
Рулетка, линейка
Эпоксидная смола, целлофановая лента, канифольный припой для сердечника

(полноразмерное изображение)

«Вимшерст Статическая машина Физика Электростатический Генератор Электричество Экспериментальное оборудование Тесла» | Физика |

Wimshurst Static Machine Physics Электростатический генератор Электричество Tesla Внимание:

Цвет этого предмета изменен на Голубой. Пожалуйста, убедитесь, что вы знаете, прежде чем делать ставки.

Большое спасибо!

Описание предмета:

1. Две пластины поддерживаются в двух жестких стойках и приводятся ремнем в противоположном направлении.

2. Это тяжелый, высокопрочный пластик с секторами из алюминиевого листа.

3. Две лейденские банки (конденсаторы) из стекла Corning и алюминиевой фольги.

4. Весь корпус установлен на пластиковую основу, красиво отполированную.

Спецификация:

Размер (длина x ширина x высота): 28,5 x 20 x 33 см

Диаметр диска: 24 см

В пакет включено:

1 x электростатический генератор

Принцип:

Принцип действия машины основан на двух дисках встречного вращения, изготовленных из изоляционного материала

материал. К каждому диску прикреплено несколько металлических сегментов, называемых секторами. По мере прохождения секторов

друг друга, они вызывают дисбаланс заряда друг на друге. Этот дисбаланс сливается на

электроды собирающие.

Строительство:

На акриловый диск наклеено несколько секторов из металлической фольги. На установлены два набора щеток.

Коллекторы заряда — один на переднем, другой на заднем диске.При вращении дисков щетки

собирает электростатический заряд металлической фольги, который переносится и накапливается в конденсаторе лейденской банки.

Когда достигается очень высокое напряжение, возникает электростатический пробой и искра между электродами

видно и слышно.

Самый большой электростатический генератор Wimshurst обрабатывает

7-футовая машина, построенная Wimshurst Выставлен в Музее науки в Чикаго, штат Иллинойс.

Это прекрасное произведение искусства. А машина в нашей коллекции. Инвентарный номер 0330

В этой, наиболее широко используемой машине влияния, нет фиксированные поля-пластины. В простейшем виде он состоит (рис. 39) двух круглых пластин из лакированного стекла, которые приспособлен для вращения в противоположных направлениях. Номер секторы металлической фольги приклеиваются к передней части передняя пластина и задняя часть задней пластины; эти секторы служат как носителями, так и индукторами.Через спереди закреплен неизолированный диагональный провод, несущие на концах нейтрализующие щетки, которые касаются передние сектора по мере их прохождения. Через спину, но наклоняется в другую сторону, проходит второй диагональный провод, щетками, касающимися секторов на задней пластине. Для машины не требуется ничего, кроме этого. возбуждает себя при вращении; но для удобства

рисунок39 добавлен сборно-разгрузочный аппарат.

Он состоит из двух пар изолированных гребней, каждая пара его шипы повернуты внутрь к вращающемуся диски, но не касаясь их; одна пара находится на свет, другой слева, каждый установлен на изоляторе. Столб из эбонита. Эти коллекционеры снабжены с парой регулируемых сливных ручек над головой; и иногда добавляется пара лейденских банок, чтобы предотвратить искры от прохождения до значительного количества обвинения были взысканы.Процессы, которые происходят в этой машине, лучше всего объясняется с помощью диаграммы (рис. 40), на которой для для большей наглядности представлены две вращающиеся пластины

рисунок40 как будто это два стеклянных цилиндра, вращающихся противоположными способами, один внутри другого. Внутренний цилиндр будет представлять переднюю пластину, внешнюю заднюю пластину На рис. 39 и 40 передняя пластина вращается вправо задняя пластина левая.приобретет небольшой отрицательный заряд, который будет нести дальше вправо.

Когда этот отрицательно заряженный фронт сектор приходит в точку напротив n3, он действует индуктивно на задний сектор, которого касается n3, следовательно этот задний сектор, в свою очередь, приобретет положительный заряд, который он перенесет влево. Таким образом, все отрасли будут становиться все более и более заряженными, передние сектора переносят отрицательные заряды слева направо справа, а задние сектора переносят положительный заряд справа налево.В нижней половине диаграммы a аналогичный, но обратный набор операций будет иметь место. Когда n1 касается переднего сектора под действием положительный задний сектор, отраженный заряд будет перемещаться диагональный проводник к n2 помогает заряжаться положительно сектор, которого он касается. Передние сектора, как они пройти справа налево (в нижней половине), понесет положительные заряды, а задние сектора после прикосновения n4 будет нести отрицательные заряды слева направо.В металлические сектора тогда действуют как носители и индукторы.

Ясно, что положительные заряды будут непрерывно переноситься вправо, а отрицательные. налево. В этих точках, по отношению к которым противоположное виды сборов путевые, есть. расставил гребни для сбора связь с выпускными ручками. Последний при запуске машины должны широко открываться, и двинулись вместе после того, как она возбудилась.В более крупных машинах влияния Вимшерста два, три, установлено или более пар противоположно вращающихся пластин внутри стеклянной витрины, чтобы защитить от пыли. Если нейтральный- щетки обеспечивают хороший металлический контакт этих машин все увлекательны в любую погоду. Машины только с шесть или восемь секторов на каждой пластине дают более длинные искры, но реже, чем те, у которых число больше. Г-н Вимшерст сконструировал множество машин влияния, от маленьких с дисками диаметром 2 дюйма до Южный Кенсингтон, имеющий пластины диаметром 7 футов.

Рисунок выше является копией Оригинальный рисунок Whimshrust из его книги

Страница электростатического генератора Powerlabs Wimshurst!

Страница электростатического генератора Wimshurst Powerlabs!

shaded.1.gif»>

Машина Вимшерста была изобретена Дж.Вимшерст в 1880-х гг. самая известная электростатическая машина девятнадцатого века, до Пришел генератор Ван де Графа. Электростатические машины, подобные этой оставались популярными на протяжении 19 и 20 веков как средство создания очень высокие напряжения, которые индукционные катушки просто не выдерживают из-за их ограниченная изоляция.

В данной машине диски имеют диаметр 50 см, толщину 3 мм, и иметь 40 секторов каждый, разделенных на 2.5 см, подразумевая, что теоретически генератор должен быть способен производить искры силой около 300 киловольт (подробности ниже на странице).
Если эти фантастические атрибуты не объясняют мое стремление отремонтировать это фантастическая машина, чем, возможно, может быть интересно отметить, что похожая машина (того же размера, аналогичного дизайна, но с использованием электродвигатель для вращения дисков) стоит 2700 долларов на фотоэлектрических научных приборах!

Полная реконструкция заняла неделю, было выполнено более 30 работ. часов, идущих в это.Вот краткое изложение проделанной работы:

Этап 1: Подготовка, очистка и обезжиривание (3 часа).

1- Задокументировано исходное состояние машины с фотографиями, от разные ракурсы и перспективы (еще предстоит разработать).
2- Сделал общий анализ, чтобы определить лучший процесс восстановления.
3- Разобрал всю машину до последнего болта (как показано на картинки ниже).
4- Очистил диски мыльной водой (на их, предположительно из-за электростатического притяжения) и удалили остатки краски с помощью лезвие.
5- Тщательно обезжирили подвижные части
6- Полированные металлические проводники для удаления оксидов.
7- Очистить деревянную основу и удалить остатки краски.
8- Убраны пластиковые биты с точек приема (их было всего две) и вата с нейтрализаторов. (Я до сих пор не знаю, что там делали эти штуки, но они чертовски уверены не принадлежат этому месту !!!)

Этап 2: Мелкий ремонт (2 часа, круглосуточно).

9- Заменен соединительный провод лейденской банки, который проходил через нижняя сторона основания для более толстого, и он был изолирован.
10- Увеличенный угол наклона обеих гаечных шайб в корпусе основания искрового разрядника, чтобы Избегайте перемещения искрового промежутка, как это было раньше.
11- Расправил провода нейтрализаторов.
12- Заменены старые и порванные кожаные ремни на новые, разрезаны и соединены по размеру.

Этап 3: Изготовление запасных частей (работа 3 дня, всего более 25 часов).

13- Построил пару новых лейденских банок для машины (старые были отсутствует) См. рисунок слева … Банки 31,5 см в высоту, 4 см в диаметре, 1,5 см толстые белые трубы из ПВХ с усиленной алюминиевой лентой поверх них и алюминиевой фольгой внутри. Нижний терминал можно увидеть на картинке. Вершина клемма подключается к разрядным клеммам через медь диаметром 6 мм. трубки. Каждая банка рассчитана на емкость 180 пФ, и оба они составляют общую 90 пФ (они идут последовательно), примерно на 200 киловольт. (Интересен тот факт: При полной зарядке система удерживает около 2 Джоулей энергии! Должно уметь рассчитать эффективность механико-электрической энергии преобразование в системе путем подсчета количества искр, которые она производит за секунду, и какое напряжение возникает в конденсаторах, прежде чем разрядится искрой длина). Еще что позже …
14- Снял серебряную чашку с держателя клемм электрода, просверлил 6 см отверстие диаметром через держатель и еще одно отверстие на изолирующем стержне, которое удерживало электроды.Затем я согнул медную трубку диаметром 6 мм в L-образную форму, вставил одну сторону в лейденскую банку, другую — через изолятор, и он снова согнулся на 90 градусов. Наконец я пропустил другую трубку через электрододержателя и припаял их вместе, чтобы образовать U-образный щеткодержатель … Звучит сложно? Просто представьте, сколько времени ушло на это!
15- Припаянный датчик заряда нанесен щеткой на держатели щеток датчика заряда и на нейтрализаторы заряда.
16- Отрежьте 85 кусков медной фольги толщиной 0,1 мм для секторов машины ( рука!!!). Я вырезал еще 5 на случай, если некоторые из них не получились идеальными. Это заняло более 4 часов и было невероятно утомительно … Причина, по которой была выбрана медь, — что он имеет лучшую износостойкость, чем алюминий. Используемая толщина фольги здесь также значительно больше, чем тот, который использовался изначально. Этот должен гарантировать, что он длится долго.
17- Приклейте все 80 секций медной фольги на диски, используя цианокрилат. «супер клей.
18- Профили из полированной медной фольги
19- Повторно собрал теперь готовую машину.

Вот фото готового Вимшерст (стоя на вершине таблицы проектирования и сборки PowerLabs), готовых к запуску:

(Не совсем доделан, скоро добавлю схемы).
Это известный квантовый эффект, когда два разных проводящих металла касаются друг друга, между ними происходит небольшая передача тока (потому что нет два материала имеют одинаковое количество электронов в атомах и электронах силы сцепления также различны в разных материалах). Это происходит, когда секторы в диске проходят через один из нейтрализаторов заряда. При этом сектор становится заряженным, и, проходя мимо сектора на другой стороне диск он индуцирует равный, но противоположный заряд в этом секторе. Теперь предположим что передний диск имеет положительный заряд на своих секторах; чем по определению как он вращается, он начинает вызывать отрицательный заряд на заднем диске. Такой же что-то происходит с нижней частью дисков, но наоборот, поэтому, когда сектор проходит мимо штанги нейтрализатора, он становится нейтральным и, следовательно, готов к работе. снова заряжен.Это устанавливает низкие противоположные заряды сверху и снизу и высокие равные заряды по бокам. Эти высокие расходы принимаются и переводятся к лейденским банкам, которые, в свою очередь, подключены к сливу терминалы. Когда напряжение на клеммах достаточно высокое, возникает искра. и цикл перезапускается.
Обратите внимание: когда машина начинает вращаться, она может заряжаться путь (+ — или — +).

Практические ограничения выходного напряжения машины Вимшерста работают в стандартных атмосферных условиях два: во-первых, как напряжение увеличивает частичные ионизационные (коронные) потери будут становиться все больше и больше произносится, и по мере того, как они начинают истощать все больше и больше энергии из системы, напряжение упадет.Для этого есть два решения: во-первых, любой потенциальный частичный точка слива должна быть устранена. Это означает опиливание любых острых краев, выбор провода большого диаметра, делая изгибы проводов тупыми и широкими, а также изолируя любые открытые проводники, которые являются потенциальными источниками излучения короны. Во-вторых, нет независимо от того, что вы делаете, всегда будет какое-то излучение короны (особенно видимое вокруг зарядных устройств и секторов диска). Следовательно, система должен быть способен выдавать достаточный ток, чтобы преодолеть эти потери и достичь это полный потенциал напряжения. Последний барьер для машины Wimshurst — делать искры, которые немного длиннее, чем расстояние всего общего интервала между третью его дисков (между звукоснимателями и нейтрализаторами, предполагая, что они установлены на 60 градусов от горизонтали для максимальной эффективности). Это заканчивается немного длиннее, чем это расстояние, потому что возникают одиночные длинные искры легче, чем несколько более коротких искр. Однако, когда этот предел достигнут напряжение просто становится настолько высоким, что генератор разряжается через сектора диска, что плохо для изолятора.

В сухой день эта машина должна производить чрезмерное искрение. 20 см (8 дюймов). На момент написания этой страницы самая длинная искра в истории получилось из нее было 16см. Длительные искры требуют очень высокой скорости вращения и издайте громкий щелчок.

Интересные факты: Шок от этой машины ничем не отличается от удара электрошокером, и на самом деле искра точки на некоторое время немеют.
Самая большая из когда-либо построенных машин Wimshurst имела две лакированные стеклянные пластины. 2.Диаметр 13 м, толщина 9,8 мм. Он был разработан, чтобы производить искры длиной 76 см. Его построил сам Дж. Вимшерст.

Вот два снимка небольшой машины, которую я недавно отремонтировал. Этот один имеет диски диаметром 25 см и использует 56 секторов. Все, что мне нужно было сделать здесь, это замените несколько секторов, замените ремень, смажьте движущиеся части и сделайте новый заряды пикапы. По завершении эта машина могла производить искры длиной 7 см, на один сантиметр длиннее, чем указано в руководстве!

Вопросов? Комментарии? Предложения? Эл. почта мне!
человек были здесь с 01.04.00
Последнее обновление 02.11.10

авторское право � 2000 — 2002 Сэм Баррос.

Categories: Разное