Wimshurst 발전기 또는 전기 영동 기계는 전기 에너지의 연속 소스로 설계된 유도 정전기 장치입니다. 21세기에는 다양한 전기적 효과 및 현상과 관련된 물리적 실험을 시연하기 위한 보조기법으로 활용되고 있습니다.
발명의 역사의 약간
1865년 독일의 실험 물리학자 아우구스트 테플러(August Tepler)는 전기 영동 기계의 최종 도면을 개발했습니다. 동시에 독일 과학자 Wilhelm Holz가 그러한 단위에 대한 두 번째 독립적인 발견을 했습니다. 장치의 주요 차이점은 더 큰 전력과 전위차를 얻을 수 있는 능력이었습니다. Holtz는 직류 소스의 창시자로 간주됩니다.
전기 영동 기계의 단순한 초기 설계는 1883년 영국의 James Wimshurst에 의해 개선되었습니다.그 수정은 실험의 시각적 시연을 위해 모든 물리 실험실에서 사용됩니다.
전기 영동 기계의 설계
2개의 동축 디스크는 알루미늄 섹터에서 가장 단순한 커패시터를 운반하면서 서로에 대해 회전합니다. 무작위 프로세스로 인해 기본 순간에 세그먼트 중 하나의 사이트에 전하가 형성됩니다. 이 현상은 공기와 마찰하는 과정에 의해 발생합니다. 디자인의 대칭성으로 인해 최종 기호를 미리 예측하는 것은 불가능합니다.
디자인은 2개의 라이덴 병을 사용합니다. 직렬 연결된 커패시터에서 단일 시스템을 생성합니다. 이것은 각 탱크의 작동 전압 요구 사항을 두 배로 늘리는 효과가 있습니다. 동일한 정격을 선택해야 하며 이는 작동 전압의 균일한 분포의 핵심입니다.
유도성 중화기는 전압을 완화하도록 설계되었습니다. 전체 구조는 디스크 위의 어느 정도 거리에 떠 있는 금속 빗과 비슷합니다. 외부 표면의 등가 기호가 있는 두 디스크 모두 전하 제거 지점에 도달합니다. 중화제가 쌍을 이룹니다. 언로드 후 세그먼트의 충전량이 크게 감소합니다. 추가 디자인에서는 브러시가 디스크 가장자리에 쉽게 닿습니다.
작업자는 전기 드라이브의 힘이나 자신의 손을 사용하여 시스템의 반발 요소를 강제로 결합합니다. 서로 상호작용하는 전하는 최대한 안정시키려 한다. 이 공정은 모든 제거 지점에서 표면 전하 밀도의 급격한 증가에 기여합니다.
전기는 중화기의 볏에서 라이덴 병에 수집됩니다. 전압의 급격한 상승이 있습니다.2개의 전극에 부착된 스파크 갭은 시스템의 고장을 방지하는 데 도움이 됩니다. 그들 사이의 거리를 조정하여 다른 강도의 호를 얻을 수 있습니다. 관계가 있습니다. 2개의 스파크 갭 사이의 전계 강도가 강할수록 라이덴 병을 비우는 과정에 수반되는 노이즈가 더 많이 발생합니다.
세그먼트는 전하 제거 지점을 지나 비어 있는 상태로 유지됩니다. 다운스트림, 전위 등화기 또는 중화기는 작동 원리에 따라 설치됩니다. 디스크의 각 반대쪽은 이미 다른 브러시에 전하를 주었습니다. 픽업 포인트를 통과하는 순간과 그 이후의 잔여 전하 기호가 다릅니다.
낮은 높이에서 떠 있는 가장 가는 와이어의 브러시가 있는 두꺼운 구리 와이어 조각 또는 마찰 세그먼트는 이러한 반대 요소의 폐쇄에 기여합니다. 결과 - 두 세그먼트의 전하는 0이고 모든 에너지는 Joule-Lenz 법칙에 따라 두꺼운 구리 코어에서 생성된 열로 변환됩니다.
라이덴 은행이란 무엇입니까?
네덜란드 과학자 Pieter van Muschenbroek이 만든 최초의 전기 축전기는 라이덴 병이었습니다. 발명 된 커패시터는 직경이 다른 넓은 또는 중간 목을 가진 실린더 모양을 가지고 있습니다. 라이덴 병은 유리로 만들어졌습니다. 내부와 외부에서 특수 시트 주석으로 붙여집니다. 제품은 나무 뚜껑으로 덮여 있습니다. 본 발명의 주요 기능은 큰 전하의 축적 및 저장이다.
이러한 은행의 생성은 다양한 재료의 전기 전도도 특성뿐만 아니라 전기의 일반적인 분포 속도에 대한 광범위한 연구에 의해 자극을 받았습니다. 그녀 덕분에 처음으로 인공적으로 전기 스파크를 생산할 수 있었습니다.이제 라이덴 캔은 전기 영동 기계의 필수적인 부분으로만 사용됩니다.
전기 영동 기계의 작동 원리는 무엇입니까
작업자의 힘으로 신호를 변경하는 데 에너지가 사용됩니다. 이미 이퀄라이저와 브러시 사이에서 디스크는 서로를 향한 상호 반발력으로 움직입니다. 분당 회전수가 중요한 역할을 합니다. 증가된 전하 밀도. 반대 디스크의 가장 강한 전하는 구리 와이어의 길이를 통해 잔류물을 밀어냅니다. 이것으로부터 부호를 바꾸기에 충분한 에너지가 따른다.
표면 밀도를 높이면 장치에서 전하가 제거됩니다. 한 지점에서 에너지 매장량은 라이덴 은행에서 이루어지며 다른 곳은 기호를 변경하는 역할을 합니다. 유도 중화제는 거의 차이가 없습니다. 둘 다 에너지를 중화시키는 공통 기능을 수행합니다. 일반 계획:
- 설계에는 두 가지 유형의 커패시터가 있습니다. 전하가 축적되는 라이덴 뱅크와 유전체 및 알루미늄 라이닝이 있는 두 디스크 세그먼트의 조합입니다.
- 알루미늄 세그먼트의 전하를 줄이는 2가지 유형의 중화제가 있습니다. 첫 번째는 부호 또는 극성을 변경하는 데 사용되며 두 번째는 라이덴 병을 충전하는 데 사용됩니다.
모든 에너지는 알루미늄과 구리의 마찰이나 공기의 대전에서 나오지 않습니다. 디스크의 비틀림력으로 커패시터를 강제로 채워서 생성됩니다. 제거 지점에서 표면 전하 밀도의 급격한 증가로 인해 모든 공정이 수행됩니다.
전기 영동 기계의 응용
70년대부터. Wimshurst 기계는 전기 에너지의 직접 생산에 사용되지 않습니다.오늘날 그것은 과학 및 기술 진보와 공학의 출현과 발전의 역사를 보여주는 역사적 전시물 역할을 합니다. 전기 영동 기계를 만드는 실험실 시연은 전기의 다양한 현상과 효과를 보여줍니다.
오일과 같은 액체 유전체에서 전하를 제거하는 유도 중화제를 사용하는 것은 허용됩니다. 모든 생산에서 공기 중에 스파크를 얻는 것은 위험합니다. 이는 비참한 결과, 연기 및 심지어 폭발로 이어질 수 있습니다.
전기 분야의 발견과 연구의 역사는 전하를 얻기 위한 다양한 구조 및 장치의 사용과 밀접한 관련이 있습니다. 전기 영동 기계는 유도로 인한 전기의 여기를 기반으로하는 과학 연구에서 역할을 수행했습니다.
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