Wimshurst makinesi - Wimshurst machine

Wimshurst makinesi
Wimshurst.jpg
İki ile Wimshurst makinesi Leyden kavanozları.
Türelektrostatik jeneratör
MucitJames Wimshurst
Başlangıçc. 1880
Bir Wimshurst makinesinin mühendislik çizimi, Hawkins Elektrik Rehberi
Wimshurst makinesi operasyonda

Wimshurst etki makinesi bir elektrostatik jeneratör yüksek üretmek için bir makine voltajlar İngiliz mucit tarafından 1880 ve 1883 arasında geliştirildi James Wimshurst (1832–1903).

Dikey bir düzleme monte edilmiş iki büyük ters dönen disk, metal fırçalı iki çapraz çubuk ve bir kıvılcım aralığı iki metal küreden oluşur.

Açıklama

Bu makineler, adı verilen bir elektrostatik jeneratör sınıfına aittir. makineleri etkilemek hangi ayrı elektrik yükleri vasıtasıyla elektrostatik indüksiyon veya etkilemek, operasyonları için sürtünmeye bağlı değil. Bu sınıftaki daha önceki makineler, Wilhelm Holtz (1865 ve 1867), Ağustos Toepler (1865), J. Robert Voss (1880) ve diğerleri. Eski makineler daha az verimlidir ve kutuplarını değiştirmeye yönelik öngörülemeyen bir eğilim sergiler. Wimshurst'te bu kusur yok.

Bir Wimshurst makinesinde, iki yalıtımlı disk ve bunların metal sektörleri, çapraz metal nötrleştirici çubuklardan ve bunların fırçalarından geçerek zıt yönlerde döner. Yüklerin dengesizliği, her diskin yüzeyine yakın yerleştirilmiş noktalar bulunan iki çift metal tarak tarafından indüklenir, güçlendirilir ve toplanır. Bu toplayıcılar izolasyon destekleri üzerine monte edilir ve çıkış terminallerine bağlanır. Pozitif geri besleme, havanın dielektrik arıza voltajına ulaşılana kadar biriken yükleri üssel olarak artırır ve elektrik kıvılcımı boşluk boyunca atlar.

Makine teorik olarak kendi kendine başlamıyor, yani diskler üzerindeki sektörlerden hiçbirinde elektrik yükü yoksa, diğer sektörlerde yük oluşturacak hiçbir şey yok demektir. Uygulamada, herhangi bir sektördeki küçük bir artık yük bile, diskler dönmeye başladığında devam eden süreci başlatmak için yeterlidir. Makine yalnızca kuru bir atmosferde tatmin edici bir şekilde çalışacaktır. Mekanik gerektirir güç Diskleri elektrik alanına çevirmek için ve makinenin kıvılcımın elektrik gücüne dönüştürdüğü bu enerjidir. Wimshurst makinesinin kararlı durum çıkışı, doğrudan (değişmeyen) akım bu, metal sektörün kapladığı alanla orantılıdır, dönüş hızı ve ilk yük dağılımının karmaşık bir işlevi. Makinenin yalıtımı ve boyutu, ulaşılabilecek maksimum çıkış voltajını belirler. Biriken kıvılcım enerjisi, bir çift ekleyerek artırılabilir. Leyden kavanozları erken bir tür kapasitör kavanozların iç plakaları çıkış terminallerinin her birine bağımsız olarak bağlanmış ve kavanozların dış plakaları birbirine bağlı olarak yüksek voltajlar için uygundur. Tipik bir Wimshurst makinesi, disk çapının yaklaşık üçte biri uzunluğunda ve onlarca mikroamper olan kıvılcımlar üretebilir.

Mevcut voltaj kazancı, nötrleştirici çubuklar arasındaki karşıt yüklü sektörlerdeki yük yoğunluğunun sektörler arasında neredeyse tekdüze olduğu ve dolayısıyla düşük voltajda olduğu, aynı yüklü sektörlerdeki yük yoğunluğunun ise kolektör taraklarına yaklaştığı kaydedilerek anlaşılabilir. zıt toplayıcı taraklara göre yüksek voltajda, sektör kenarlarının yakınında zirveler.[kaynak belirtilmeli ]

Wimshurst makineleri 19. yüzyılda fizik araştırmalarında kullanıldı. Ayrıca bazen birinci nesil Crookes'a güç sağlamak için yüksek voltaj üretmek için kullanıldılar. X-ışını tüpleri 20. yüzyılın ilk yirmi yılında Holtz makineleri ve indüksiyon bobinleri daha yaygın olarak kullanıldı. Bugün sadece bilim müzelerinde ve eğitimde elektrostatiğin ilkelerini göstermek için kullanılmaktadırlar.

Operasyon

Ters dönen iki yalıtım diski (genellikle camdan yapılmıştır) üzerlerine yapışmış bir dizi metal sektöre sahiptir. Makinede dört küçük topraklanmış fırça (makinenin her iki yanında birbirine 90 ° 'lik iletken şaftlar üzerinde ikişer tane) ve ayrıca bir çift şarj toplama tarağı bulunur. Fırçaları tipik bir Wimshurst makinesinde tutan iletken şaftlar, birbirlerine dik oldukları için yalıtım disklerinden görülebiliyorsa bir "X" şeklini oluşturacaktır. Şarj toplama tarakları tipik olarak yatay boyunca monte edilir ve hem ön hem de arka disklerin dış kenarlarına eşit şekilde temas eder. Her iki taraftaki toplama tarakları genellikle ilgili Leyden kavanozları.

Animasyon

İki diskten herhangi birindeki küçük bir şarj, şarj sürecini başlatmak için yeterlidir. Bu nedenle, arka diskin küçük, net bir elektrostatik yüke sahip olduğunu varsayalım. Somutluk için, bu yükün pozitif (kırmızı) olduğunu ve arka diskin ([A] alt zincir) saat yönünün tersine (sağdan sola) döndüğünü varsayın. Yüklü sektör (hareketli kırmızı kare) fırçanın konumuna ([Y] aşağı ok ucu) ön diskin yanındaki ([B] merkeze yakın üst zincir) döndüğünde, iletken şaft üzerinde bir yük polarizasyonu oluşturur ([ Y-Y1] üst yatay siyah çizgi) fırçayı tutarak, negatif (yeşil) yükü yakın tarafa çeker ([Y] üstteki kare yeşile döner), böylece pozitif (kırmızı) yük uzak tarafta (disk boyunca, 180 derece uzağa) ([Y1] üstteki kare kırmızı olur). Şaftın polarize yükleri B diskindeki en yakın sektörlere bağlanarak, B [Y] üzerinde negatif yük A üzerindeki orijinal pozitif yüke ve B [Y1] karşı tarafında pozitif yüke daha yakın sonuçlanır. Ek 45 ° dönüşten sonra (alt zincirin ortasına yakın [Z]), A (alt zincir) üzerindeki pozitif (kırmızı) yük, yaklaşan B ([Z] üst zincir) üzerindeki pozitif (kırmızı) bir yük ile itilir. Karşılaşılan ilk toplama tarağı ([Z] ok uçlu çizgilerden üçgenlere) hem pozitif (kırmızı) yüklerin sektörleri nötr bırakmasına (karelerin siyahlaşmasına) ve Leyden kavanozuna çekilen Leyden kavanoz anodunda (kırmızı üçgen) birikmesine izin verir. katot (yeşil üçgen). Bir kıvılcım (sarı zikzak) Leyden kavanozunu (kırmızı ve yeşil üçgenler) boşalttığında, yük diskler arasındaki döngüyü tamamlar.

B saat yönünde 90 ° dönerken (soldan sağa), üzerinde oluşan yükler disk A [X, X1] yanındaki fırçalarla aynı hizaya gelir. B üzerindeki yükler, A fırçalarının şaftının zıt kutuplaşmasına neden olur ve şaftın polarizasyonu diske aktarılır. Disk B dönmeye devam eder ve yükleri en yakın şarj toplama tarakları tarafından toplanır.

Disk A, yükleri B diskinin fırçasıyla [Y, Y1] aynı hizada olacak şekilde 90 ° döner, burada B iletken şaftında ve B'nin en yakın sektörlerinde, yukarıdaki iki paragrafın açıklamasına benzer şekilde ters bir yük polarizasyonu indüklenir. .

İşlem, A üzerindeki her yük polarizasyonu B üzerinde polarizasyon indükleyerek, A üzerinde polarizasyon indükleyerek, vb. Tekrarlar. Komşu çekici sektörlerin "etkisi", iletken şaftın sonlu kapasitansı ile dengelenene kadar üssel olarak daha büyük yükleri indükler. Tüm bu indüklenen pozitif ve negatif yükler, kondansatörlere benzer elektrikli şarj depolama cihazları olan Leyden kavanozlarını şarj etmek için taraklarla toplanır. Komşu sektörlerdeki karşıt yükleri ayırmak için gereken mekanik enerji, elektrik çıktısı için enerji kaynağı sağlar.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar