גנרטור Wimshurst או מכונת אלקטרופורה הוא מכשיר אלקטרוסטטי אינדוקציה שתוכנן כמקור רציף של אנרגיה חשמלית. במאה ה-21 הוא משמש כטכניקת עזר להדגמת ניסויים פיזיקליים הקשורים להשפעות ותופעות חשמליות שונות.
תוֹכֶן
קצת מההיסטוריה של ההמצאה
בשנת 1865, הפיזיקאי הניסיוני מגרמניה, אוגוסט טפלר, פיתח את השרטוטים הסופיים של מכונת האלקטרופורה. במקביל, הגילוי העצמאי השני של יחידה כזו נעשה על ידי המדען הגרמני וילהלם הולץ. ההבדל העיקרי של המכשיר היה היכולת להשיג הספק גדול יותר והפרש פוטנציאל. הולץ נחשב ליוצר של מקור זרם חשמלי ישיר.
העיצוב הראשוני הפשוט של מכונת האלקטרופורה שופר בשנת 1883 על ידי ג'יימס ווימשורסט מאנגליה.השינוי שלו משמש בכל המעבדות הפיזיקליות להדגמה ויזואלית של ניסויים.
עיצוב מכונת האלקטרופורה
2 דיסקים קואקסיאליים מסתובבים אחד נגד השני, תוך שהם נושאים את הקבלים הפשוטים ביותר ממגזרי אלומיניום. עקב תהליכים אקראיים, ברגע הראשוני, נוצר מטען באתר של אחד המקטעים. התופעה נגרמת מתהליך החיכוך נגד האוויר. בשל הסימטריה של העיצוב, אי אפשר לחזות מראש את הסימן הסופי.
העיצוב משתמש ב-2 צנצנות ליידן. הם יוצרים מערכת אחת מקבלים המחוברים בסדרה. יש לכך השפעה של הכפלת דרישות מתח ההפעלה בכל מיכל. יש צורך לבחור את אותם דירוגים, זהו המפתח לפיזור אחיד של מתח ההפעלה.
מנטרלים אינדוקטיביים נועדו להקל על מתח. המבנה כולו דומה למסרק מתכת המרחף במרחק מסוים מעל הדיסק. שני הדיסקים עם סימנים מקבילים של המשטח החיצוני מגיעים לנקודת הסרת המטען. מנטרלים מוצמדים. לאחר הפריקה, מטען המקטעים מופחת מאוד. בעיצובים נוספים, המברשת בא בקלות במגע עם קצה הדיסק.
המפעיל, תוך שימוש בכוח הכונן החשמלי או בידו שלו, מפגיש בכוח את האלמנטים הדוחים של המערכת. המטענים המקיימים אינטראקציה זה עם זה מנסים להתיישב ככל האפשר. התהליך תורם לעלייה חדה בצפיפות המטען של פני השטח בכל נקודות ההסרה.
חשמל נאסף בצנצנות ליידן מפסגות המנטרלים. יש עלייה מהירה במתח.מרווח ניצוץ המחובר ל-2 אלקטרודות עוזר למנוע כשל במערכת. ניתן לקבל קשת בעלת חוזק שונה על ידי התאמת המרחק ביניהם. יש קשר: ככל שעוצמת השדה בין 2 פערי הניצוצות חזקה יותר, כך האפקט רועש יותר מלווה בתהליך ריקון צנצנות ליידן.
הקטעים נשארים ריקים מעבר לנקודת הסרת המטען. במורד הזרם מותקנים אקולייזרים פוטנציאליים או מנטרלים על פי עקרון הפעולה. כל צד הפוך של הדיסק כבר נתן מטען למברשות שונות. ברגע המעבר בנקודת האיסוף ואחריה, סימני הטעינה השיוריים שונים.
חתיכת חוט נחושת עבה עם מברשות מהחוטים הדקים ביותר המרחפים בגובה נמוך או מקטעי שפשוף תורם לסגירת הניגודים הללו. התוצאה - המטענים בשני המקטעים שווים לאפס, כל האנרגיה מומרת לפי חוק ג'ול-לנץ לחום שנוצר על ליבת הנחושת המעובה.
מהן הבנקים של ליידן
הקבל החשמלי הראשון שנוצר על ידי מדענים הולנדים פיטר ואן מושנברוק היה צנצנת ליידן. לקבל המומצא יש צורה של גליל עם צוואר רחב או בינוני בקטרים שונים. צנצנת ליידן עשויה זכוכית. מבפנים ומבחוץ מדביקים אותו בפח מיוחד. המוצר מכוסה במכסה עץ. תפקידה העיקרי של ההמצאה הוא הצטברות ואחסון של מטענים גדולים.
יצירת בנק כזה עוררה על ידי מחקר רחב של חשמל, המהירות הכללית של הפצתו, כמו גם תכונות המוליכות החשמלית של חומרים שונים. בזכותה ניתן היה לראשונה לייצר ניצוץ חשמלי באופן מלאכותי.כעת פחיות ליידן משמשות רק כחלק בלתי נפרד ממכונות אלקטרופוריות.
מהו עקרון העבודה של מכונת האלקטרופורה
מכוחו של המפעיל, נלקחת אנרגיה לשינוי שלטים. כבר בין אקולייזרים למברשות, הדיסקים נעים בדחייה הדדית אחד כלפי השני. מספר הסיבובים לדקה משחק תפקיד. צפיפות מטען מוגברת. המטען החזק ביותר של הדיסקים המנוגדים דוחף את השאריות לאורכים של חוטי נחושת. מכאן נובעת האנרגיה המספיקה לשנות את הסימן.
על ידי הגדלת צפיפות פני השטח, המטען מוסר מהמכשיר. בנקודה אחת, מאגרי אנרגיה נעשים בבנק ליידן, מקום אחר משמש לשינוי השלט. לנטרלי אינדוקציה אין כמעט הבדלים. שניהם מבצעים פונקציה משותפת של נטרול אנרגיה. תכנית כללית:
- ישנם 2 סוגי קבלים בעיצוב: בנקים ליידן שבהם מצטבר המטען, ושילוב של קטע של שני הדיסקים עם ריפוד דיאלקטרי ואלומיניום.
- ישנם 2 סוגים של מנטרלים המפחיתים את הטעינה של מקטעי אלומיניום. הראשון משמש לשינוי השלט או הקיטוב, השני לטעינת צנצנת ליידן.
כל האנרגיה אינה מגיעה מחיכוך של אלומיניום ונחושת או מחשמול האוויר. הוא נוצר על ידי מילוי בכוח של הקבלים בכוח הפיתול של הדיסק. כל התהליכים מבוצעים עקב עלייה חדה בצפיפות המטען פני השטח בנקודות ההסרה.
יישום של מכונת אלקטרופור
משנות ה-70. מכונת Wimshurst אינה משמשת לייצור ישיר של אנרגיה חשמלית.כיום הוא פועל כתערוכה היסטורית הממחישה את ההיסטוריה של הופעתה והתפתחות הקידמה וההנדסה המדעית והטכנולוגית. הדגמת מעבדה, שעבורה נוצרת מכונת אלקטרופורית, מציגה את התופעות וההשפעות השונות של החשמל.
מקובל להשתמש במנטרלי אינדוקציה, הסרת מטענים מדיאלקטריים נוזליים, כגון שמן. מסוכן לקבל ניצוץ באוויר בכל ייצור, זה יכול להוביל לתוצאות הרות אסון, עשן ואפילו פיצוץ.
ההיסטוריה של הגילויים והמחקרים בתחום החשמל קשורה קשר הדוק לשימוש במבנים ומכשירים שונים להשגת מטענים חשמליים. מכונת האלקטרופורה מילאה את תפקידה במחקר מדעי, שפעולתו מבוססת על עירור חשמל עקב אינדוקציה.
מאמרים דומים:
