Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии

Стартовая страница

О системе

Технические требования

Синтез

Обучающий модуль

Справка по системе

Контакты
Искать:
  Расширенный   Формализованый   По связи разделов
 А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я 
Общий каталог эффектов

Электрофорная машина
Электрофорная машина

Анимация

Описание

Электрофорная машина (или иначе машина с влиянием) служит в качестве непрерывного источника электричества. Конструкция электрофорной машины пережила множество изменений со времени ее изобретения (XVIII век), здесь описан один из вариантов ее конструкции. Основную часть машины составляют два диска из изолирующего материала с наклеенными по радиусам металлическими полосками - обкладками, диски можно вращать в противоположные стороны, приложив механическую силу (ременная передача). Пусть на одной из обкладок верхнего диска возник положительный заряд. Этот заряд притянет к себе отрицательный заряд расположенной напротив обкладки нижнего диска, положительный же заряд с нее уйдет по нейтрализатору (проводник с щетками, касающийся диаметрально противоположных обкладок диска) на противоположную обкладку. Поворачивая нижний диск по часовой стрелке на пол-оборота, получим на половине его обкладок положительный заряд, на другой половине – отрицательный. Теперь эти заряды аналогично исходному заряду с верхнего диска начинают влиять на него (но влияет уже несколько соседних обкладок). Верхний диск вращается в сторону, противоположную нижнему. В этом и заключается способ наведения заряда влиянием. Постепенно, по мере вращения дисков, заряды разделяются все сильнее и начинают стекать на коллекторы – щетки по краям обоих дисков, не касающиеся их поверхности. В какой-то момент разноименные заряды на коллекторах станут настолько большими, что в воздухе между их концами происходит электрический пробой – проскакивает искра. Часто к коллекторам присоединяют конденсаторы небольшой емкости для получения более сильной и яркой искры.
Электрофорная машина Вимшурста (вид сверху).
Рисунок 1
Обозначения: H – вращающиеся диски; B – полоски проводящего материала; S – гребенки, снимающие заряд; M – нейтрализаторы; стрелками показаны направления вращения дисков.

 

 

Ключевые слова

 

Области техники и экономики

 

Применение эффекта

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.
Электрофорные машины применяются в опытах по электродинамике, чтобы создать большую разность потенциалов (возникает между коллекторами). В 40-х годах XX века А.Ф. Иоффе создал новый тип электростатического генератора для питания одной из рентгеновских установок. Устройство было простым в исполнении и достаточно хорошо работало, чтобы в голове ученого возникла идея о переводе страны на такой тип генераторов, однако, эта идея была отвергнута.
Электрофорная машина
Рисунок 1

 

Реализации эффекта

Электрофорный Генератор или Машина Вимшурста, названа так в честь британского инженера James Wimshurst (1832-1903), и является ископаемым времен начала электротехники. Ее развитие практически остановилось при внедрении электромагнитных генераторов. Сегодня они используются только лишь для демонстрации электростатики. Таким образом потеряно много информации о них.
Электрофорная машина двойного вращения состоит из двух встречно вращающихся дисков (H). На обоих дисках находятся проводящие сегменты (B), которые изолированы друг от друга. Две обкладки с обоих сторон дисков вместе образуют по одному конденсатору. Из-за этого ее еще иногда называют - конденсаторной машиной.
На каждом диске находятся также по Нейтрализатору (M), который отводит заряд щетками с двух противоположных сегментов диска на землю.
С левой и правой стороны дисков находятся коллекторы (S). В них поступают сгенерированные заряды снятые гребенками с краев как переднего, так и заднего диска. В большинстве случаев заряды собираются в конденсаторы, такие как например Лейденская банка для произведения более сильных искр.
Принцип действия Электрофорной машины - использование на обоих дисках способа взаимного усиления. Только применением секторов на дисках вообще будет возможно достичь эффекта. Имеются также модели, которые работают с чистыми дисками, однако они выдают также не такие высокие напряжения. Когда диски покрыты плоскими обкладками она состоит в принципе из многих конденсаторов, которые образуются двумя противоположными секторами поэтому расстояние между дисками пожалуй имеет существенное значение. Во время вращения обкладки конденсатора раздвигаются , вследствие чего неодноименные носители заряда разносятся на все большее расстояние друг относительно друга, что эквивалентно повышению напряжения. На дисках электрофорной машины заряды с противоположной полярностью всегда текут в противоположных направлениях. При этом Нейтрализаторы имеют решающее значение определять нулевой потенциал.

Генератор Ван де Граафа — генератор высокого напряжения, принцип действия которого основан на электризации движущейся диэлектрической ленты. Первый генератор был разработан американским физиком Робертом Ван де Граафом в 1929 и позволял получать разность потенциалов до 80 киловольт. В 1931 и 1933 были построены более мощные генераторы, позволившие достичь напряжения до 7 миллионов вольт.
Простой генератор Ван де Граафа
Рисунок 1
Простой генератор Ван де Граафа состоит из диэлектрической (шёлковой или резиновой) ленты (4 и 5 на рисунке), вращающейся на роликах 3 и 6, причём верхний ролик диэлектрический, а нижний металлический и соединён с землёй. Один из концов ленты заключён в металлическую сферу 1. Два электрода 2 и 7 в форме щёток находятся на небольшом расстоянии от ленты сверху и снизу, причём электрод 2 соединён с внутренней поверхностью сферы 1, а электрод на 7 подаёся электрический потенциал порядка нескольких киловольт (для определённости, положительный относительно земли). Вблизи нижнего электрода воздух ионизируется, образующиеся положительные ионы под действием силы Кулона движутся к заземлённому 6 ролику и оседают на ленте, благодаря чему часть ленты, движущаяся вверх, заряжается. Лента доставляет заряд внутрь сферы 1, где он снимается щёткой 2 благодаря тому, что все заряды выталкиваются на поверхность сферы и потенциал ёе внутренней поверхности всегда равен 0. Таким образом на внешней поверхности сферы накапливается электрический заряд. Возможность получения высокого напряжения ограничена коронным разрядом, возникающим при ионизации воздуха вокруг сферы.

 

Литература

1. Энциклопедия «Аванта +» Физика в 2-х т., В.А. Володин, М.2005

2. О.Н.Веселовский, Я.А.Шнейберг. Очерки по истории электротехники. – М.: Изд. МЭИ, 1993.

3. Л.Эйлер. Письма к немецкой принцессе о разных физических и философских материях./Письмо № 138. – СПб.: Наука, 2002.

Формализованное описание Показать

Стартовая страница  О системе  Технические требования  Синтез  Обучающий модуль  Справка по системе  Контакты 
Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина