Sejarah wimshursst, cara kerjanya dan aplikasi

Itu Mesin Wimshurst Ini adalah generator elektrostatik tegangan tinggi dan amperage rendah, mampu menghasilkan listrik statis dengan pemisahan beban, berkat putaran engkol. Di sisi lain, generator yang saat ini digunakan seperti baterai, alternator, dan dinamo adalah sumber gaya elektromotor, yang menyebabkan pergerakan beban dalam sirkuit tertutup.

Mesin Wimshursst dikembangkan oleh insinyur dan penemu Inggris James Wimshurst (1832-1903) antara 1880 dan 1883, meningkatkan versi generator elektrostatik yang diusulkan oleh penemu lain oleh penemu lain.

Mesin Wimshurst. Sumber: Andy Dingley (pemindai) [domain publik]

Itu menonjol pada mesin elektrostatik sebelumnya untuk operasi yang andal dan dapat direproduksi dan konstruksi sederhana, mampu menghasilkan perbedaan potensial yang luar biasa antara 90.000 dan 100.000 volt.

[TOC]

Bagian dari mesin wimshurst

Basis mesin adalah dua disk karakteristik bahan isolasi, dengan lembaran logam tipis terpasang dan diatur dalam bentuk sektor radial.

Setiap sektor logam memiliki berlawanan secara diametris dan simetris. Disk biasanya berdiameter antara 30 dan 40 cm, tetapi mereka juga bisa jauh lebih tua.

Kedua album dipasang pada bidang vertikal dan jarak antara 1 hingga 5 mm dipisahkan. Penting bahwa selama gilirannya catatan tidak pernah disentuh. Disk berubah menjadi indera yang berlawanan melalui mekanisme katrol.  

Mesin Wimshurst memiliki dua batang logam yang sejajar dengan bidang rotasi setiap album: satu ke sisi luar album pertama dan yang lainnya menuju sisi luar album kedua. Batang ini dimaksudkan pada sudut sehubungan dengan yang lain.

Ujung masing -masing batang memiliki sapu logam yang melakukan kontak dengan sektor logam yang berlawanan pada setiap cakram. Mereka dikenal sebagai netralisasi bar, untuk alasan yang baik yang akan segera dilihat.

Sikat menjaga sektor cakram yang menyentuh di salah satu ujung batang, dengan kontak listrik yang berlawanan secara diametris, dengan yang berlawanan secara diametris. Hal yang sama terjadi di album lain.

Efek triboelektrik

Sektor sapu dan cakram terbuat dari logam yang berbeda, hampir selalu tembaga atau perunggu, sedangkan cakram aluminium terbuat dari aluminium.

Dapat melayani Anda: kecepatan propagasi gelombang

Kontak singkat di antara mereka saat cakram berputar dan pemisahan selanjutnya, menciptakan kemungkinan pertukaran beban melalui adhesi. Ini adalah efek triboelektrik, yang juga dapat terjadi antara sepotong kuning dan kain wol, misalnya.

Mesin ditambahkan ke mesin (sisir) logam dalam bentuk berbentuk U dan berakhir dengan ujung atau paku logam, terletak di posisi yang berlawanan.

Sektor -sektor kedua album lewat dari bagian internal The U of the Collector tanpa menyentuhnya.  Para kolektor dipasang di pangkalan isolasi dan pada gilirannya terhubung ke dua batang logam lainnya yang selesai di bidang, tutup tetapi dimainkan.

Saat energi mekanik disediakan untuk mesin melalui engkol, Rubb Leyden.

Botol atau kendi Leyden adalah kondensor dengan baju besi logam silinder. Setiap botol terhubung ke yang lain oleh pelat pusat, membentuk dua kondensor secara seri.

Ketika engkol berbalik ada perbedaan potensial listrik yang tinggi antara bola, sehingga udara di antara mereka terionisasi dan melompat percikan. Perangkat lengkap dapat dilihat pada gambar di atas.

Prinsip fisik terlibat

Di mesin Wimshursst, listrik keluar dari materi, yang terdiri dari atom. Dan ini pada gilirannya terdiri dari muatan listrik: elektron negatif dan proton positif.

Dalam atom proton beban positif dipadatkan di tengah atau inti dan elektron beban negatif di sekitar nukleus mereka.

Ketika suatu bahan kehilangan sebagian elektron terluarnya, ia bermuatan positif. Sebaliknya, jika Anda menangkap beberapa elektron, Anda mendapatkan beban bersih negatif. Ketika jumlah proton dan elektron sama, bahannya netral.

Dapat melayani Anda: Balon Aerostatik: Sejarah, Karakteristik, Bagian, Cara Kerjanya

Dalam bahan isolasi, elektron tetap di sekitar inti mereka tanpa kemungkinan terlalu jauh. Tetapi dalam logam, inti begitu dekat satu sama lain, sehingga elektron terluar (atau valensi) dapat melompat dari satu atom ke atom lainnya, bergerak di seluruh bahan konduktif.

Jika salah satu wajah pelat logam didekati secara negatif dimuat, maka elektron logam menjauh dengan tolakan elektrostatik, dalam hal ini ke wajah yang berlawanan. Kemudian dikatakan bahwa pelat telah terpolarisasi. 

Sekarang, jika plak terpolarisasi ini dihubungkan oleh pengemudi (netralisasi batang) dengan wajah negatifnya ke pelat lain, elektron akan pindah ke pelat kedua ini. Jika koneksi tiba -tiba dipotong, pelat kedua bermuatan negatif.

Siklus beban dan penyimpanan

Sehingga mesin Wimshurst dimulai, perlu bahwa beberapa sektor logam disk memiliki ketidakseimbangan beban. Ini terjadi secara alami dan sering, terutama ketika ada sedikit kelembaban lingkungan.

Ketika cakram mulai berputar, akan ada saat ketika sektor netral dari cakram yang berlawanan menentang sektor yang dimuat. Ini menginduksi beban dengan besarnya yang sama dan arah yang berlawanan berkat kuas, karena elektron dimobilisasi dengan menjauh atau mendekat, menurut tanda sektor yang dihadapi.

Skema Mesin Wimshurst. Sumber: Robertkuhlmann [domain publik]

Kolektor berbentuk u bertanggung jawab untuk mengumpulkan beban saat cakram ditolak.

Untuk mencapai hal ini, di bagian internal U Puncak Stand yang disisir ke wajah luar setiap album, tetapi tanpa menyentuhnya. Idenya adalah bahwa pada ujung beban positif terkonsentrasi, sehingga elektron yang dikeluarkan dari sektor tertarik dan menumpuk di pelat pusat botol.

Dengan cara ini sektor yang dihadapi dengan kolektor kehilangan semua elektronnya dan netral, sedangkan pelat pusat Leyden secara negatif.

Dapat melayani Anda: refraksi ringan: elemen, hukum dan percobaan

Pada kolektor yang berlawanan, lintasan yang berlawanan, kolektor mengirimkan elektron ke pelat positif yang menghadapnya sampai dinetralkan dan prosesnya berulang kali diulangi.

Aplikasi dan Eksperimen

Aplikasi utama mesin Wimshursst adalah untuk mendapatkan listrik dari setiap tanda. Tetapi memiliki ketidaknyamanan yang memberikan tegangan yang agak tidak teratur, karena tergantung pada tindakan mekanis.

Sudut bilah penetralisir dapat bervariasi untuk dikonfigurasi pada arus keluaran tinggi atau pada tegangan output tinggi. Jika penetralizer jauh dari kolektor, mesin menghasilkan tegangan tinggi (hingga lebih dari 100 kV).

Di sisi lain, jika mereka dekat dengan kolektor, tegangan output berkurang dan arus output meningkat, mampu mencapai hingga 10 mikro -champion pada kecepatan rotasi normal.

Ketika beban yang terakumulasi mencapai nilai yang cukup tinggi, kemudian ada medan listrik yang tinggi di bola yang terhubung ke pelat pusat denden. 

Lapangan ini mengionisasi udara dan menghasilkan percikan, mengunduh botol dan menimbulkan siklus beban baru.

Eksperimen 1

Efek medan elektrostatik dapat dilihat dengan menempatkan kardus di antara bola dan mengamati bahwa percikan api membuat lubang di dalamnya.

Eksperimen 2

Untuk percobaan ini diperlukan: pendulum yang dibuat dengan bola ping yang ditutupi dengan aluminium foil dan dua lembaran logam dalam bentuk L -berbentuk.

Bola digantung di tengah -tengah kedua lembar melalui benang isolasi. Setiap lembar terhubung ke elektroda mesin wimshursst melalui kabel kabel.

Saat memutar engkol, bola yang awalnya netral akan berkisar di antara lembaran. Salah satunya akan memiliki beban negatif berlebih yang akan menghasilkan bola, yang akan tertarik pada lembar positif.

Bola akan menyimpan kelebihan elektron dalam lembar ini, itu akan dinetralkan secara singkat dan siklus akan diulangi lagi saat engkol masih berputar.

Referensi

1. Queiroz, to. Mesin elektrostatik. Pulih dari: coe.Ufrj.Br
2. Gacanovic, Myco. 2010. Prinsip Aplikasi Elektrostatik. Pulih dari: orbus.Menjadi