Maszyna elektroforowa działa jako ciągłe źródło energii elektrycznej. To urządzenie jest często używane jako urządzenie pomocnicze do demonstrowania różnych zjawisk i efektów elektrycznych. Ale jaki jest jego projekt i funkcje?
Trochę historii wynalazku
Maszyna elektroforowa została opracowana w 1865 roku przez Augusta Teplera, niemieckiego fizyka. Co ciekawe, zupełnie niezależnie inny naukowiec eksperymentalny, Wilhelm Goltz, wynalazł podobny projekt, ale jeszcze doskonalszy, ponieważ jego aparat umożliwiał uzyskanie dużych różnic potencjałów i mógł służyć jako źródło prądu stałego. Ponadto maszyna Goltsev była znacznie prostsza w konstrukcji. Pod koniec XIX wieku angielski eksperymentator w dziedzinie elektryczności i mechaniki James Wimshurst ulepszył jednostkę. I do dziś to jego wersja (choć nieco bardziej nowoczesna) służy do demonstrowania eksperymentów elektrodynamicznych ze względu na możliwość stworzenia ogromnej różnicypotencjały między kolektorami. Maszyna elektroforowa została udoskonalona już w latach czterdziestych XX wieku przez naukowca o nazwisku Ioffe, który opracował nowy typ generatorów elektrostatycznych do zasilania maszyny rentgenowskiej. Chociaż maszyna Wimshurst nie jest obecnie wykorzystywana do bezpośredniego zadania wytwarzania energii elektrycznej, jest to eksponat historyczny, który ilustruje historię rozwoju inżynierii oraz postępu naukowo-technicznego.
Projektowanie maszyny elektroforowej
To urządzenie składa się z dwóch dysków, które obracają się ku sobie. Praca maszyny elektroforowej polega właśnie na realizacji takiej podwójnej wzajemnej rotacji. Na dyskach znajdują się izolowane od siebie segmenty przewodzące. Za pomocą okładzin boków obu dysków powstają kondensatory. Dlatego maszynę elektroforową nazywa się czasem maszyną kondensatorową. Na dyskach znajdują się neutralizatory, które za pomocą szczotek przekierowują ładunki z przeciwległych elementów dysków do podłoża. Kolekcjonerzy znajdują się po lewej i prawej stronie. To na nie docierają generowane sygnały odbierane przez grzebienie z tylnej i przedniej tarczy.
Jakie są brzegi Lejdy?
W wielu przypadkach ładunki gromadzą się na kondensatorach. Nazywają się bankami Leiden. Po tym możliwe jest odtworzenie znacznie silniejszych wyładowań i iskier. Wewnętrzne płytki każdego kondensatora są połączone z przewodami osobno. Pędzle, które dotykająsektory dysków są połączone z wewnętrzną wyściółką słoików Leiden. Cała konstrukcja jest obecnie montowana na plastikowych stojakach. Wraz ze słoikami Leyden, części maszyny są mocowane na drewnianym stojaku. Biorąc pod uwagę przejrzystość projektu, maszynę do elektrofory można wykonać własnymi rękami w dość prosty sposób. Nawet osoba nie posiadająca specjalnego wykształcenia technicznego może go zmontować i obsługiwać dla własnej przyjemności.
Jaka jest podstawa maszyny elektroforowej?
Wykorzystanie wzajemnego wysiłku obu dysków - to główna zasada działania tego urządzenia. Efekt różnicy potencjałów, a następnie wyładowań i iskier uzyskuje się poprzez prawidłowe rozmieszczenie sektorów. Oczywiście istnieją rozwiązania, które wykorzystują puste dyski, ale nie dają podobnej wydajności. Takie projekty są często używane w małych instytucjach edukacyjnych. Odległość między dyskami takiego urządzenia jak elektrofora odgrywa kluczową rolę i ma znaczący wpływ na uzyskanie wymaganego napięcia na kondensatorach.
Jaka jest zasada działania maszyny?
Maszyna elektroforowa przeszła wiele zmian od czasu jej wynalezienia (a jest to początek XVIII wieku). Ale główna idea pozostaje. Podstawą konstrukcji maszyny są tarcze z naklejonymi płytami (metalowymi paskami). Poprzez przyłożenie określonej siły mechanicznej za pomocą napędu pasowego można je obracać w różnych kierunkach, przeciwnych do siebie. Na okładce jednegodysk zostaje naładowany dodatnio. Przyciągnie do siebie kolejny ładunek (ujemny). Pozytyw przejdzie przez przewodnik ze szczotkami (neutralizator), który dotknie przeciwległej okładziny. Obracając tarcze uzyskujemy ładunki zbliżone do oryginalnych. Ale wpłyną już na inne podszewki. Biorąc pod uwagę, że dyski obracają się w przeciwnych kierunkach, ładunki przepływają do kolektorów. W takim aparacie demonstracyjnym jak elektroforeza zasada działania opiera się właśnie na tym momencie. Na szczotkach obu dysków, które nie dotykają ich powierzchni i znajdują się na krawędziach, ładunki w pewnym momencie stają się tak duże, że następuje awaria w przestrzeni powietrznej i ślizga się iskra elektryczna. Dlatego do kolektorów można dołączyć dodatkowe kondensatory o różnej pojemności, które nadadzą efektowi rozładowania większej urody.
