Generator Wimshurst atau mesin elektrofor adalah perangkat elektrostatik induksi yang dirancang sebagai sumber energi listrik yang kontinu. Pada abad ke-21, ini digunakan sebagai teknik tambahan untuk mendemonstrasikan eksperimen fisik yang terkait dengan berbagai efek dan fenomena listrik.
Isi
Sedikit sejarah penemuan
Pada tahun 1865, fisikawan eksperimental dari Jerman, August Tepler, mengembangkan gambar akhir dari mesin elektrofor. Pada saat yang sama, penemuan independen kedua dari unit semacam itu dibuat oleh ilmuwan Jerman Wilhelm Holz. Perbedaan utama perangkat adalah kemampuan untuk mendapatkan daya dan perbedaan potensial yang lebih besar. Holtz dianggap sebagai pencipta sumber arus listrik searah.
Desain awal yang sederhana dari mesin elektrofor ditingkatkan pada tahun 1883 oleh James Wimshurst dari Inggris.Modifikasinya digunakan di semua laboratorium fisik untuk demonstrasi visual eksperimen.
Desain mesin elektrofor
2 cakram koaksial berputar satu sama lain, sambil membawa kapasitor paling sederhana dari sektor aluminium. Karena proses acak, pada saat utama, muatan terbentuk di lokasi salah satu segmen. Fenomena tersebut disebabkan oleh proses gesekan terhadap udara. Karena simetri desain, tidak mungkin untuk memprediksi tanda akhir terlebih dahulu.
Desainnya menggunakan 2 toples Leyden. Mereka membuat sistem tunggal dari kapasitor yang terhubung seri. Ini memiliki efek menggandakan persyaratan tegangan operasi di setiap tangki. Penting untuk memilih peringkat yang sama, ini adalah kunci untuk distribusi tegangan operasi yang seragam.
Penetralisir induktif dirancang untuk mengurangi tegangan. Seluruh struktur menyerupai sisir logam yang melayang agak jauh di atas piringan. Kedua disk dengan tanda-tanda yang setara dari permukaan luar datang ke titik pelepasan muatan. Penetral dipasangkan. Setelah dibongkar, muatan segmen sangat berkurang. Dalam desain tambahan, sikat dengan mudah bersentuhan dengan tepi disk.
Operator, menggunakan kekuatan penggerak listrik atau tangannya sendiri, secara paksa menyatukan elemen-elemen menjijikkan dari sistem. Tuduhan yang berinteraksi satu sama lain mencoba untuk menetap sejauh mungkin. Proses ini berkontribusi pada peningkatan tajam dalam kerapatan muatan permukaan di semua titik pelepasan.
Listrik dikumpulkan dalam stoples Leiden dari puncak penetral. Ada kenaikan tegangan yang cepat.Celah percikan yang dipasang pada 2 elektroda membantu menghindari kegagalan sistem. Dimungkinkan untuk mendapatkan busur dengan kekuatan yang berbeda dengan menyesuaikan jarak di antara mereka. Ada hubungan: semakin kuat kekuatan medan antara 2 celah percikan, semakin berisik efeknya menyertai proses pengosongan toples Leiden.
Segmen tetap kosong melewati titik pelepasan muatan. Di bagian hilir, equalizer atau penetral potensial dipasang sesuai dengan prinsip operasi. Setiap sisi berlawanan dari disk telah memberikan muatan ke kuas yang berbeda. Pada saat melewati titik pengambilan dan setelahnya, tanda muatan sisa berbeda.
Sepotong kawat tembaga tebal dengan sikat dari kabel tertipis yang melayang di ketinggian rendah atau segmen gosok berkontribusi pada penutupan yang berlawanan ini. Hasilnya - muatan pada kedua segmen sama dengan nol, semua energi diubah menurut hukum Joule-Lenz menjadi panas yang dihasilkan pada inti tembaga yang menebal.
Apa itu bank Leiden
Kapasitor listrik pertama yang dibuat oleh ilmuwan Belanda Pieter van Muschenbroek adalah toples Leyden. Kapasitor yang ditemukan memiliki bentuk silinder dengan leher lebar atau sedang dengan diameter berbeda. Botol Leyden terbuat dari kaca. Dari dalam dan luar direkatkan dengan lembaran timah khusus. Produk ditutupi dengan tutup kayu. Fungsi utama dari penemuan ini adalah akumulasi dan penyimpanan muatan besar.
Penciptaan bank semacam itu dirangsang oleh studi luas tentang listrik, kecepatan umum distribusinya, serta sifat konduktivitas listrik dari berbagai bahan. Berkat dia, itu mungkin untuk pertama kalinya menghasilkan percikan listrik secara artifisial.Sekarang kaleng Leiden hanya digunakan sebagai bagian integral dari mesin elektrofor.
Apa prinsip kerja mesin elektrofor?
Dari kekuatan operator, energi diambil untuk mengubah tanda. Sudah di antara equalizer dan kuas, cakram bergerak dengan saling tolak satu sama lain. Jumlah putaran per menit memainkan peran. Peningkatan kerapatan muatan. Muatan terkuat dari disk yang berlawanan mendorong residu melalui panjang kawat tembaga. Dari sini mengikuti energi yang cukup untuk mengubah tanda.
Dengan meningkatkan kepadatan permukaan, muatan dihilangkan dari perangkat. Pada satu titik, cadangan energi dibuat di bank Leiden, tempat lain berfungsi untuk mengubah tanda. Penetral induksi praktis tidak memiliki perbedaan. Keduanya melakukan fungsi yang sama yaitu menetralkan energi. Skema umum:
- Ada 2 jenis kapasitor dalam desain: bank Leiden di mana muatan terakumulasi, dan kombinasi segmen kedua disk dengan dielektrik dan lapisan aluminium.
- Ada 2 jenis penetral yang mengurangi muatan segmen aluminium. Yang pertama digunakan untuk mengubah tanda atau polarisasi, yang kedua untuk mengisi tabung Leyden.
Semua energi tidak berasal dari gesekan aluminium dan tembaga atau elektrifikasi udara. Itu dibuat dengan mengisi kapasitor secara paksa dengan gaya puntir disk. Semua proses dilakukan karena peningkatan tajam dalam kerapatan muatan permukaan pada titik penghilangan.
Penerapan Mesin Elektrofor
Dari tahun 70-an. mesin Wimshurst tidak digunakan untuk produksi langsung energi listrik.Hari ini ia bertindak sebagai pameran sejarah yang menggambarkan sejarah kemunculan dan perkembangan kemajuan dan rekayasa ilmu pengetahuan dan teknologi. Demonstrasi laboratorium, di mana mesin elektrofor dibuat, menunjukkan berbagai fenomena dan efek listrik.
Dapat diterima untuk menggunakan penetral induksi, menghilangkan muatan dari dielektrik cair, seperti minyak. Berbahaya untuk mendapatkan percikan di udara dalam produksi apa pun, itu dapat menyebabkan konsekuensi bencana, asap dan bahkan ledakan.
Sejarah penemuan dan penelitian di bidang kelistrikan erat kaitannya dengan penggunaan berbagai struktur dan perangkat untuk memperoleh muatan listrik. Mesin elektrofor memainkan perannya dalam penelitian ilmiah, tindakan yang didasarkan pada eksitasi listrik karena induksi.
Artikel serupa:
