^ Электрофорная машина – режим электростатического генератора
Электрофорная машина – определение
принцип работы электрофорной машины в виде анимации с пояснениями
^ Принцип действия электрофорной машины
Электрофорная машина двойного вращения состоит из двух встречно вращающихся дисков (H). На обоих дисках находятся проводящие сегменты (B), которые изолированы друг от друга. Две обкладки с обоих сторон дисков вместе образуют по одному конденсатору. Из-за этого ее еще иногда называют - конденсаторной машиной.
На каждом диске находятся также по нейтрализатор"у, который отводит заряд щетками с двух противоположных сегментов диска на землю.
С левой и правой стороны дисков находятся коллекторы (S). В них поступают сгенерированные заряды снятые гребенками с краев как переднего, так и заднего диска.
В большинстве случаев заряды собираются в высоковольтные конденсаторы, такие как например,Лейденская банка для произведения более сильных искр.
Принцип действия Электрофорной машины - использование на обоих дисках способа взаимного усиления. Только применением секторов на дисках вообще будет возможно достичь эффекта. Имеются также модели, которые работают с чистыми дисками, однако они выдают также не такие высокие напряжения. Когда диски покрыты плоскими обкладками она состоит в принципе из многих конденсаторов, которые образуются двумя противоположными секторами поэтому расстояние между дисками пожалуй имеет существенное значение. Во время вращения обкладки конденсатора раздвигаются, вследствие чего неодноименные носители заряда разносятся на все большее расстояние друг относительно друга, что эквивалентно повышению напряжения. На дисках электрофорной машины заряды с противоположной полярностью всегда текут в противоположных направлениях. При этом Нейтрализаторы имеют решающее значение определять нулевой потенциал.
Правильная установка нейтрализаторов
Положение Нейтрализаторов должно быть в машине при направлением вращения рукоятки по часовой стрелке всегда слева сверху справа внизу, безразлично с какой стороны смотреть на машину. Они должны своевременно отводить не перехваченные коллекторами заряды, прежде чем те могут попасть к другому коллекторному электроду.
Мало кто знает, что положением нейтрализаторов можно устанавливать выходное напряжение машины. Положение нейтрализаторов говорит о том, как далеко заряды могут быть разнесены друг от друга, и каким высоким может стать напряжение. Если дуги расположены таким образом как на этой картине - круто, так что они почти касаются приводных ремней, машина настроена на высокое выходное напряжение при незначительном токе. Для достижения большой ширины пробойного промежутка нужно выбирать эту установку.
Если дуги ставятся напротив почти паралленьно электродам коллектора, то машина устанавливается на высокий выходной ток. Эта установка рекомендуется для большинства экспериментов таких, например, как с электростатическими моторами с дисковыми elektrostatischen Scheiben и цилиндрическими Walzenläufer роторами, в которых речь не идет об искровом разряде.
На практике все более маленькие потери на коронный разряд происходят в вершинах гребенок съема напряжения (происходящие например из-за частиц пыли) или когда слишком мало съемных электродов. Вследствие этого постоянно исчезает заряд. Если машина настроена на высокое выходное напряжение, то может случаться иногда, что она не может выдавать достаточный ток, чтобы покрывать затраты. Искровой разрядный промежуток опять уменьшается. Таким образом в установке нейтрализаторов должен быть найден компромисс.
Далее, степень эффективности машины может увеличиваться вводом высокоомных сопротивлений в Нейтрализатор. При внесении значительного высокоомного сопротивления в нейтрализатор машина не сможет достичь высокого КПД. Здесь мог бы находится ключ к функционированию Testatika который может быть в том, что Нейтрализатор вместе с другими элементами переводят энергию не в сопротивление, а используют ее для движения дисков.
Определение полярности
При таких высоких напряжениях отрицательный и положительный полюса имеют совершенно различные качества. Так как никакой из обоих электродов подключенных к коллекторам не заземлен, в распоряжени имеются обе полярности. После накапливания машиой заряда не определено какой электрод имеет какую полярность, поэтому она должна всегда проверяться.
Устанавливают испытываемый электрод как на этой картине далеко от другого, чтобы искра пробила в стержень другого электрода. Если будет слышим слабый шипящий звук, с едва видной искрой, нижний электрод - отрицателен. Если же, постоянно проскакивают искры, то этот электрод положителен. Заявление для этого различного поведения зависит от того, что носители заряда, теснятся на отрицательном электроде, в то время как на положительном едва имеются заряды. На отрицательном электроде поэтому гораздо раньше образуется коронный разряд, чем на положительном.
Полярность может устанавливаться согласно здесь описанного опыта также совершенно легко неонкой Glimmlämpchen или с несколько более дорогостоящей Электрополевой мельницей Feldmühle
Это поведение(отношение) выражается в сверх этого совершенно противоположным световом эффекте для полярностей. Для него, как было признано, несколько умеренную картину, электрофорная машина запускалась с выключенными конденсаторами. В электроде положительного полюса видно явление, которое похоже на плазменный шар с многими отдельными нитями, которые могут быть длиной до 10 см. Тем не менее, световой эффект так слаб, что его можно наьлюдать только в полностью затемненном помещении.
Реверсирование электрофорной машины
В электрофорной машине заложен также и принцип мотора, т.е она обратима. Если две аналогичные машины подключить друг к другу, и если одну вращать - она будет вырабатывать напряжением а другая вращаться. В машине - моторе трение должно быть уменьшено так как только возможно. Кисточки должны скользить очень легко по сегментам, а приводные ремни нужно снять. В машине-моторе могут быть сделаны следующие наблюдения:
Она вращается в противоположном направлении, вращению машины-генератора. Перекрещивая нейтрализаторы (очевидно имеется ввиду на поворачивая их оба на 900 от их первоначального положения, ) направление вращения может быть изменено на противоположное. Если она раскручивается в обратном направлении, то в этом случае направление вращения изменяется и продолжается в правильном направлении.
Она принципиально сама не раскручивается. Диски должны раскручиваться в заявленном Нейтрализатором направлении одинаково и в противоположных направлениях. Это происходит если сегменты нагружены и машина быстро останавливается, раскручиваться она должна самостоятельно. Если происходит плавный выбег дисков, то она станет снова генератором, как это происходит становится слышно, и вследствие этого происходит потеря зарядов. Если она имеет направление вращения в противоположном направлении генератору, направление напряжения изменяют под углом 90 ° к коллекторам, сверху и снизу.
Диски синхронизируют себя в движении противоположном по направлению самостоятельно и на приблизительно равное число оборотов. Если один диск стоит, движущийся вращается вдвое быстрее. Если заторможенный диск приходит снова в движение, она изменяет число оборотов.
Крутой угол при Нейтрализаторе соответствующий установке на высокое напряжение в случае с генератором, дает в итоге более высокое число оборотов с мотором, пологий угол -более незначительное число оборотов.
Особенно интересно то, что это функционирует полностью без Нейтрализатора. Затем машина достигает наивысшего числа оборотов. Это показывает нам, что в принципе возможна работа в режиме мотора без электрического контакта с сегментами. Этот принцип применен в некоторых оригинальных электростатических моторах.
В техническом развитии электростатические машины пока в мире остались позади магнитных. Хотя сегодня мало кто думает о том, чтобы реализовать экономичный электростатический мотор, и в основном пока электрофорная машина рассматривается только лишь как игрушка и наглядное пособие по электротехнике для занятий физикой. Однако, как раз в электростатике и скорее всего и может быть скрыт ключ к Свободной энергии, и пример работающего устройства такого типа в режиме вечного генератора типа таинственная Тestatika явно указывает нам на это.
Общий вид установки
^ Автономный электростатический электрогенератор Тестатик Швейцария
Электрическая схема
Структурный синтез АИЭ на основе электростатических генераторов
Для получения высоковольтного постоянного напряжения ЭЭ при малых габаритах и с высокой эффективностью, однозначно,нужно использовать явление электростатической индукции и электростатические машины -как наиболее эффективный и простой путь получения высокого напряжения. Именно так и можно осуществить реально такую концентрацию электрического поля электростатическим методом, например, в простом отработанном серийном устройстве типа электрофорной машины. Причем в ней можно без труда –при определенной несложной ее модернизации -получить реально величины выходного высокого напряжения ЭЭ порядка 200-300 киловольт.
Ниже приведено фото возникновения высоковольтной электрической дуги с выхода стандартной школьной электрофорной машины – на расстоянии порядка 6-7 см между электродами. присоединенными к ее лейденским банкам- накопителям электрических зарядов. Это расстояние между электродами и электрическая дуга между ними в реальном опыте наглядно доказывает реальное достижение выходных напряжений с электрофорного стандартного электрогенератора –порядка 60-70 кв.
При повышении скорости вращения дисков такого устройства от маломощного электропривода, к примеру от стандартного кулера РС через понижающий редуктор примеру и в случае применения вакуумированной полости для них можно достичь и выходные напряжения намного более -до 200- 300 киловольт.
Значит – даже при электрическом токе нагрузки всего в 0,1 а на таком напряжении постоянного тока порядка 200-250 кв – мы получаем в нагрузке выходную мощность такого высоковольтного генератора порядка 20-25 квт
Р= U x I =250 000 вольт х 0,1 а = 25 000 ватт = 25 квт
^ ПОИСК ОПТИМАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ АВТОНОМНОГО ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Анализ физических процессов малозатратного и эффективного получения электроэнергии в виде высоковольтных электрических потенциалов привел к двум основным техническим решениям реализации техзадания,а именно выполнение данного компактного и экономичного электрогенератора на 20 квт целесообразнее всего делать следующим образом:
на основе стандартных малогабаритных простых электрофорных машин, рабочие диски которых приводятся во вращение с нужной скоростью дополнительными специальными маломощными электродвигателями с редуктором
Причем преобразование параметров ЭЭ осуществляем на основе оригинальных импульсных преобразователей напряжения постоянного тока с них в специальных импульсных разрядникам с получением и прерыванием в них высоковольтной электрической дуги
на основе оригинальных трансформаторов Тесла с в сочетании с вакуумными электро –радио лампами -источниками мощной электронной эмиссии
различным структурным и схемным сочетанием этих двух видов устройств по п.1,2
^ ОСНОВНЫЕ СТРУКТУРЫ СИЛОВОЙ КОНСТРУКЦИИ АВТОНОМНОГО ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ (АИЭ)
Ниже приведены основные силовые структуры АИЭ на основе электрофорной машины
Рис.1 Блок- схема АИЭ на основе электростатического генератора –укрупненная
Обозначения: Первые 1-3 –функциональные блоки устройства
Рис.2 Блок- схема АИЭ из электростатического генератора и преобразователя
Электростатический генератор –сепаратор электрических зарядов
Первичный преобразователь параметров электроэнергии
Вторичный преобразователь параметров электроэнергии
коммутатор
трансформатор
Рис.3 Блок- схема АИЭ на основе электростатического генератора – с преобразователем параметров электроэнергии -электрическими разрядниками, модуляторами –и демодуляторами
Обозначения:
Электростатический генератор –сепаратор электрических зарядов
Первичный преобразователь параметров электроэнергии
Вторичный преобразователь параметров электроэнергии
электромагнитный коммутатор электрической дуги
индуктивный повышающий трансформатор –трансформатор Тесла
электронный –инжектор усилитель- на основе электронной(ых) вакуумной (ых) лампы(ых)-источник(и) –источников мощной электронной эмиссии
модулятор выходного напряжения
понижающий трансформатор и демодулятор выходного напряжения
^ Пояснения к рис.3
Техническая идея данного устройства (рис.3) состоит в обеспечении мощной электронной эмиссии с катодов вакуумных ламп (блок 7). Причем обеспечиваем крайне высокое напряжение для возникновения данной взрывной электронной эмиссии с них оригинальным трансформатором Тесла. Конструктивно это достигается последовательным соединением электростатической машины малой мощности через разрядники, размещенные последовательно с одной из лейденских банок, на выходе электрофорной машины
Блок 2 – необычный электромагнитно - управляемый разрядник –коммутирующий высоковольтную электрическую дугу в нем с высокой частотой например импульсным электромагнитом, В итоге высоковольтное постоянное напряжение с лейденских накопительных банок преобразуется таким образом в импульсное переменное высокое напряжение, что позволяет его далее трансформировать обычным серийным высокочастотным трансформатором малых габаритов посредством трансформатора Тесла в сверхвысокое напряжение повышенной частоты порядка 500- 800 кв. 200- 500 кгц и выше И затем после трансформации его на данной высокой амплитуде и частоте -далее обеспечиваем мощную электронную эмиссию с игольчатых катодов вакуумных электронных ламп (блок 8)и затем преобразуем эту электроэнергию с высокими амплитудой и частотой уже в требуемую амплитуду и частоту напряжения 50 герц -простым относительно компактным высокочастотным трансформатором и электронным демодулятором
И в итоге такого двойного преобразования параметров электроэнергии получаем нужные нам параметры электроэнергии в нагрузке (220 вольт 50 герц) весьма просто и дешево.. Причем отметим, что в данном предлагаемом варианте генераторного на основе электрофорной машины и оригинального преобразовательного устройства типа “модулятор- демодулятор” эту эффективную трансформацию параметров электроэнергии мы осуществим изящно, относительно дешево и просто и при минимальных габаритах такого преобразователя напряжения.
Данная структура АИЭ благодаря нескольким каскадам генерации и усиления мощности электроэнергии может теоретически обеспечивать выходную электрическую мощность в нагрузке до 1-2 мвт электроэнергии Однако ее реализация в виде опытного образца достаточно сложна и требует напряженной слаженной работы целого коллектива ученых, электронщиков,схемотехников и наладчиков.
Ниже рассмотрим более простой вариант структуры АИЭ – применимый в автономном электроснабжении нагрузки на выходную мощность до 20-30 квт
Электрофорная машина – это генератор статического заряда, состоящий из двух колес, вращающихся во взаимно противоположных направлениях. Часто используется учителями на уроках физики для устрашения занимающихся силой электрической дуги.
Конструкция
Конструкция изобретения Джеймса Вимхерста описана плохо в открытых источниках, часто люди не в силах объяснить, как работает электрофорная машина.
Общая идея
Два вращающихся друг против друга соосных диска несут простейшие конденсаторы из секторов алюминия. За счет случайных процессов в начальный момент на одном из сегментов – равномерно расположенных по кругу – образуется заряд. Это вызвано процессами трения о воздух либо прочими причинами. Причем, поскольку конструкция симметричная, знак заранее не предсказуем. Не рекомендуется ставить в электрофорную машину электролитические конденсаторы.
Вместо этого применяются две лейденские банки. Их внешние обкладки из фольги объединены, чтобы создать единую систему из . Так уменьшаются требования к рабочему напряжению каждой емкости в два раза. Номиналы подбираются по возможности одинаковыми. В противном случае требования к рабочему напряжению распределятся неравномерно, что приводит к негативным последствиям.
Напряжение с сегментов дисков снимается при помощи индукционных нейтрализаторов. Ниже описан принцип действия. По сути конструкция, напоминающая металлический гребень, на некоторой высоте парит над диском. Нейтрализаторы спаренные, в точку съема заряда оба диска приходят с эквивалентным знаком на внешней поверхности. После разгрузки заряд сегментов сильно падает. Это обусловлено особой конструкцией индукционных нейтрализаторов, оставляющих поверхностную плотность заряда в районе 0,2 – 6 мкКл на метр в квадрате. В избранных конструкциях щетка слегка касается краем диска.
Прогрессивный рост поверхностной плотности заряда на сегментах в точке съема обусловлен тем, что навстречу друг другу движутся системы, создающие электрические поля, чьи напряженности направлены в противоположные стороны. Получается, что собственной рукой оператор (либо за счет силы электрического привода) отталкивающиеся системы насильно сближает. Взаимодействующие заряды пытаются расположиться подальше друг от друга. Это вызывает резкий рост поверхностной плотности зарядов в точках съема.
От гребенок нейтрализаторов электричество собирается в лейденские банки. Напряжение быстро растет, чтобы избежать выхода системы из строя вследствие превышения допустимых параметров конденсаторов, к двум электродам прикреплен разрядник. Дистанция между ними, как правило, регулируется, что позволяет получить дугу различной силы. Чем больше напряженность поля между разрядниками, тем более шумным эффектом сопровождается процесс опустошения лейденских банок.
После точки съема заряда сегменты остаются пустыми. Через 30 градусов по ходу движения диска стоят уравнители потенциала, называемые нейтрализаторами по принципу действия. Авторы обзора назвали бы уравнителями. Противоположные стороны диска отдали уже заряд у разных щеток. Следовательно, после прохождения точки съема знаки остатков заряда на них неизменно различны. И кусок толстой медной проволоки с щетками из тонких проволочек, трущих сегменты или парящих на малой высоте, замыкают накоротко указанные противоположности. В результате заряд на обоих сегментах становится равным нулю, энергия превращается по закону Джоуля-Ленца в тепло, выделяющееся на толстой медной жиле.
После обнуления диски продолжают двигаться во встречном направлении. Получается, освобожденный от заряда сегмент одного круга вращения оказывается напротив полупустого сегмента другого. Заряд между емкостями немедленно делится поровну, ведь диски сконструированы по одинаковым чертежам. Следовательно, кажутся идентичными. Первый диск отдает половину заряда, идет на точку съема. Второй достигает точки уравнителя потенциала первого и там отдает половину заряда.
Порой люди интересуются принципом работы прибора, ведь первый диск отдал остаточный заряд на уравнителе, второй поступил аналогично. Где взять энергию для смены знака?
Объяснение принципа работы
Энергия для смены знака на уравнителе берется из силы оператора. Помните, уже между щетками и уравнителями диски движутся друг другу навстречу со взаимным отталкиванием. Плотность заряда повышена. Принцип действия уравнителя не отличается от съемника. Более сильный заряд противолежащего диска буквально выталкивает через медную проволоку остатки на разряжаемом, и энергии хватает на смену знака.
В машине происходит съем заряда за счет повышения поверхностной плотности. В одной точке энергия запасается в лейденские банки, в другой служит для смены знака. Причём индукционные нейтрализаторы, видимо, некогда не отличались друг от друга. Оттого возникает путаница с названиями. По сути оба – нейтрализаторы. Если бы замыкающую проволоку из меди со съемными щетками назвали уравнителем, каламбур бы исчез. Повторим подробно:
- В конструкции два типа конденсаторов. Во-первых, к указанному классу относятся лейденские банки как накопители заряда. Во-вторых, каждый сегмент обоих дисков считается конденсатором с алюминиевыми обкладками и диэлектриком между ними.
- В машине два типа нейтрализаторов по сути их действия – понижающих заряд алюминиевых сегментов. Первый служит для заряда лейденских банок, второй – для поляризации (смены знака).
Вся энергия в конечном итоге берется не от электризации воздухом или трением меди и алюминия, их расстыковки. Нет! Энергия получается за счет принудительного наполнения конденсаторов силой кручения дисков. А выполняются процессы за счет резкого повышения поверхностной плотности зарядов в точках съема.
Индукционные нейтрализаторы
Нейтрализаторы в процессе работы способны загрязняться. Следовательно, периодически требуется чистить, иначе снижается эффективность. В машине Вимхерста факт уменьшения КПД мало играет роли. Если машина не работает, стоит проверить чистоту игл. В конструкции используется четыре индукционных нейтрализатора:
- Сдвоенные уравнители лежат практически перпендикулярно друг другу.
- По одному съемнику — на каждую лейденскую банку.
Представляют собой щетку из тонкой проволоки либо острых зубчатых плоских гребней (расчесок). Основа бывает металлической, что используется в машине Вимхерста, и деревянной. Острия всегда металлические, назначение — по возможности быстро отводить заряд на заземление. Принцип действия: по мере приближения остриев к заряженной плоскости линии напряженности смыкаются на них, образуя высокие значения.
Для справки. Плотность линий поля прямо пропорциональная напряженности в данной точке.
Повышенная плотность в районе острия способствует ионизации воздуха (без искры) и образованию зарядов обоих знаков, проводящих ток в нужном направлении. Параметры нейтрализаторов сильно зависят от расстояния между остриями и уменьшением радиуса их кривизны (заточкой). Применяемые в машине Вимхерста проволочные нейтрализаторы в виде щеток наименее эффективны. На съемниках стоят гребенки либо иглы. Считается, что для последних нейтрализаторов максимальная результативность достигается при указанных условиях:
- Соотношение высоты игл к расстоянию между ними от 0,6 до 1,8.
- Длина игл 12 — 50 мм и более.
- Диаметр игл 0,5 — 1 мм.
Уменьшение угла заточки за 60 градусов (повышение кривизны) в этом случае слабо влияет на свойства нейтрализатора. Иглы желательно поднести на расстояние от 5 мм к поверхности. Чем ближе, тем быстрее происходит съем заряда. Фактически минимальное расстояние до плоскости зависит исключительно от собственных вибраций диска. Касание не приведет к отказу системы, но резко снизится срок эксплуатации за счет механического разрушения отдельных элементов.
В противовес общепринятому мнению, созданному от бесконечных демонстраций машины, иглы лучше крепить на диэлектрическом основании. Предпринятым шагом уменьшается ёмкость между диском и гребнем, чем повышается плотность заряда: С = q/U. Заряд уже априорно задан, понижение емкости повышает разницу потенциалов (напряжение), чем облегчается процесс ионизации.
Для безопасности нейтрализатор снабжается кожухом. Нелишне напомнить, что прочие части (помимо ручки вращения) машины Вимхерста в период работы трогать нельзя. Края кожуха удалены от игл нейтрализатора не менее 50 мм.
Индукционным тип приборов назван за действие на расстоянии. Процесс носит название электростатической индукции. Это значит, что один заряженный предмет на расстоянии влияет на второй, без заряда. В металле электроны слабо связаны с решеткой, легко идут в сторону, куда увлекаются полем. Эффект носит поверхностный характер по понятной причине — линии напряженности не могут проникнуть в металл. По-другому: заряды в толще проводника перераспределяются, пока не нейтрализуют полностью внешнее поле.
В результате на поверхности иглы индуцируется заряд. Линии напряженности поля замыкаются на нем, одновременно сходясь отовсюду, как показано на рисунке. Разница потенциалов неизмеримо вырастает, вызывается ионизация воздуха. Она умеренная, при работе машины Вимхерста на щетках, как правило, нет искрения.
Вместо заключения
Индукционные нейтрализаторы возможно использовать иным способом — снимая заряд с жидких диэлектриков. К примеру, нефти. На производстве любая искра вызовет негативные последствия. Достаточно вспомнить о взрыве на скважине в Мексиканском заливе.
Таким образом, гребенка способна скользить по диску. В ранних конструкциях изготавливался единым, без секторов, однородным и из плотного материала (см. рис.). Работал без алюминиевых конденсаторов. Физики, хорошо разобравшиеся с машиной, смогли ее усовершенствовать.
Благодарности
Авторы сердечно благодарят заморского товарища Релаторио Финала за понятные и наглядные рисунки и фото. Оригинал работы выложен на всеобщее обозрение по адресу: ifi.unicamp.br/~lunazzi/F530_F590_F690_F809_F895/F809/F609_2013_sem1/AlexandreD-Mauro_RF2.pdf.
Электрофорная машина работает как непрерывный Этот прибор используют зачастую как вспомогательный для демонстраций различных и эффектов. Но какова его конструкция и особенности?
Немного из истории изобретения
Электрофорная машина разработана в далеком тысяча восемьсот шестьдесят пятом году Августом Теплером, немецким физиком. Что любопытно, совершенно независимо другой ученый-экспериментатор Вильгельм Гольц изобрел подобную конструкцию, но даже более совершенную, так как его аппарат позволял получить большие значения разностей потенциалов и мог служить источником постоянного тока. К тому же гольцевская машина была намного более простой в конструкции. В конце девятнадцатого века английский экспериментатор в области электричества и механики Джеймс Вимшурст усовершенствовал агрегат. И по сегодняшний день именно его вариант (пусть и чуть более современный) используется для демонстраций электродинамических опытов благодаря способности создавать огромную разность потенциалов между коллекторами. Электрофорная машина была улучшена уже в сороковых годах двадцатого века ученым по фамилии Иоффе, который разработал новый тип электростатических генераторов для осуществления питания рентгеновской установки. Хотя машину Вимшурста сейчас не используют для непосредственной задачи добычи электрической энергии, она является историческим экспонатом, который иллюстрирует историю развития инженерной мысли и научно-технического прогресса.
Конструкция электрофорной машины
Этот аппарат состоит из двух дисков, которые вращаются навстречу друг другу. Работа электрофорной машины как раз и заключается в осуществлении такого двойного обоюдного вращения. На дисках расположены токопроводящие изолированные друг от друга сегменты. С помощью обкладок сторон обоих дисков образовываются конденсаторы. Именно поэтому электрофорная машина иногда называется конденсаторной. На дисках расположены нейтрализаторы, которые отводят заряды от противоположных элементов дисков на землю с помощью щеток. Коллекторы находятся слева и справа. Именно на них поступают снятые гребенками с заднего и переднего дисков генерируемые сигналы.
Что такое банки Лейдена?
Во многих случаях заряды накапливаются на конденсаторах. Их называют После этого возможно воспроизведение намного более сильных разрядов и искр. Внутренние обкладки каждого конденсатора соединяются с кондукторами по отдельности. Щетки, которые касаются секторов дисков, объединены с внутренними обкладками банок Лейдена. Вся конструкция на сегодняшний день монтируется на пластмассовых стойках. Вместе с лейденовскими банками части машины закрепляются на подставке из дерева. Учитывая наглядность конструкции, электрофорная машина своими руками может быть сделана достаточно просто. Даже человек, который не имеет специального технического образования, может ее собрать и эксплуатировать в свое удовольствие.
На чем основана работа электрофорной машины?
Использование взаимного усилия обоих дисков - именно этот принцип является основным в данном устройстве. Эффект возникновения разности потенциалов, а затем разрядов и искр достигается правильным расположением секторов. Конечно, существуют разработки, использующие и чистые диски, но подобный они не выдают. Такие конструкции часто применяются в небольших учебных учреждениях. Расстояние между дисками у такого прибора, как электрофорная машина, играет важнейшую роль и оказывает существенное влияние на достижение необходимого напряжения на конденсаторах.
Каков принцип работы аппарата?
Электрофорная машина с момента ее изобретения (а это начало восемнадцатого века) пережила много изменений. Но основная идея осталась. Основой конструкции машины являются диски с наклеенными обкладками Приложив определенную механическую силу с помощью их можно вращать в разные стороны, противоположные друг другу. На обкладке одного диска возникает положительный заряд. Он притянет к себе другой заряд (отрицательный). Положительный уйдет через проводник со щетками (нейтрализатор), который касается противоположной обкладки. Поворачивая диски, получаем заряды, аналогичные исходным. Но они уже будут влиять на другие обкладки. Учитывая то, что диски вращаются в противоположные стороны, заряды стекаются к коллекторам. У такого демонстрационного аппарата, как электрофорная машина, принцип работы основан именно на этом моменте. На щетках обоих дисков, которые не касаются их поверхности и находятся по краям, заряды в какой-то момент становятся настолько огромными, что в воздушном пространстве возникает пробой, и проскакивает электрическая искра. Именно поэтому к коллекторам можно присоединять дополнительные конденсаторы разных емкостей, что придаст большую красоту эффекту возникновения разряда.
Электрофорная машина из cd дисков и 2-х кулеров
Самодельная электрофорная машина из cd дисков и 2-х кулеров собранная своими руками, вырабатывает примерно 20 000 В., что ограниченно расстоянием между обкладками конденсаторов диска. 
Берем два компакт диска и очищаем их от слоя-носителя информации (с CD-R дисков легче всего удалить этот слой). После обезжириваем поверхность спиртом. Далее из алюминиевого скотча (продается в строительных магазинах), нарезаем сектора и приклеиваем их на диски.
У двух вентиляторов от СБ компьютера, обрезаем лопасти и с помощью двухстороннего скотча приклеиваем двигатели к дискам. Собираем электрофорную машину. Зазор между дисками должен быть минимальным, от этого зависит КПД устройства. Щетки сделаны из многожильного провода (МГТФ). Держатели щеток - медная проволока, диаметром 1 мм.
Запуск. Если расположение щеток правильное и они касаются обкладок дисков, электрофорная машина при запуске начнет вырабатывать статическое электричество. Но продлится это недолго. Между щетками и обкладкой появится зазор, исправляем это путем легкого придавливания щеток к дискам, либо заряжаем диски электричеством (например, наэлектризовав расческу).Если все правильно сделано, то при работе электрофорной машины, вы почувствуете запах озона и услышите легкий треск статического электричества.
Электрофорная машина (генератор Вимшурста) Wimshurst
Генератор Вимшурста (Wimshurst ) является индукционной электростатической машиной . В ней статический заряд образуется не с помощью трибоэлектричества, когда присутствует трение, а через индуцирование зарядов. У этого класса машин выше КПД в сравнении с теми, где используется трение.
Описание машины Вимшурста
Машина состоит из двух дисков, которые выполнены из хорошего диэлектрика, например эбонита, акрила и т.п. Эти диски свободно насажены на ось и могут вращаться вокруг горизонтальной оси. Сами диски располагаются вертикально. С помощью рукоятки 1 оба диска приводятся в разнонаправленное вращение. Один диск вращается по часовой стрелки, а другой против часовой. Это обеспечивается с помощью приводных ремней 2 и 3, один из которых перекручен на 180° на одном из шкивов. За счет этого обеспечивается разнонаправленное вращение дисков, которое необходимо для индукции зарядов. Оба диска вращаются от одной рукоятки и поэтому будут вращаться одновременно.
На наружной части каждого диска наклеены металлические полоски 4, которые не касаются краев диска, а выполнены на некотором расстоянии от них. Полоски расположены радиально, в виде лучей, исходящих из центра диска. Оба диска имеют одинаковое количество и расположение полосок, можно сказать, что один диск является отражением другого.
Полоски при вращении дисков соприкасаются со щётками 5, которые выполняют роль контакта для переноса заряда по проводникам 6, 7, 8 и 9. При работе машины Вимшурста металлические полоски в месте контакта со щетками могут изнашиваться и конструктивно этот износ должен быть сведен к минимуму, а надежность контакта к максимуму. Проводники 6 и 7 служат для съема и накопления образованных зарядов с обоих дисков. Проводники 8 и 9 расположены каждый по одну сторону диска и соединяют диаметрально противоположные полоски.
Таким образом мы имеем два типа проводников. Одни (6 и 7) для съема зарядов, а 8 и 9 для установления своеобразной «земли» - линии нейтрального потенциала. Проводники 6 и 7 расположены на одной геометрической диаметральной оси относительно дисков, а проводники 8 и 9 относительно друг друга повернуты на угол 90°.
Можно также заметить, что между проводниками 8 и 9 проводники 6 и 7 расположены по середине и отстоят на угол 45°. Таким образом мы видим, что конструктивно машина выполнена симметрично и достаточно просто, чтобы изготовить ее самостоятельно.
Описание работы электрофорной машины
При вращении рукоятки диски начинают двигаться в противоположных направлениях. Щетки, которые обычно выполняются в виде мишуры начинают контактировать то с одними, то с последующими металлическими полосками. С каждым оборотом начинает накапливаться всё больший и больший заряд, что обеспечивает увеличение потенциала на контактах 6 и 7. Для лучшего накопления используют конденсаторы в виде лейденских банок.
Как только накопленный заряд достигает максимального значения для используемой конструкции машины Вимшурста, дальнейший рост заряда прекращается. Чем больше диаметра дисков и чем больше скорость вращения, тем больший заряд способна выработать электрофорная машина.
Как происходит накопление заряда?
Предположим, что первый круг имеет недостаток свободных зарядов, что в нашем случае означает недостаток свободных электронов в металлических пластинах. При движении второго диска его пластины будут поочередно соприкасаться со щетками на проводнике 8, и, соответственно, на них будет образован избыток свободных носителей зарядов.
Это происходит потому, что пластины с обоих сторон, между которыми расположен диэлектрик (материал дисков), представляют собой плоский конденсатор, но такой конденсатор, обкладки которого двигаются. Электрический заряд на таком конденсаторе индуцируется, или иначе говоря - наводится.
Дальше происходит следующее. Пластины, второго диска, дойдя до щеток контакта 6 отдадут свои электроны в накопитель в виде лейденской банки (конденсатор). Эта лейденская банка будет накапливать заряд -Q . Затем настанет очередь следующих за ними пластин и так далее. Аналогичный процесс происходит и на первом диске, так как он так же вращается, но в другом направлении. Здесь можно сказать, что свободные носители как бы выкачиваются из другой лейденской банки, тем самым образуя на ней недостаток электронов, а значит ею приобретается заряд +Q .
Чем чаще пластины обоих дисков соприкасаются со щетками на проводниках 6 и 7, тем большее количество зарядов накапливается на них. Лейденские банки, если они установлены, будут заряжаться всё сильнее и сильнее, до тех пор, пока кулоновские силы не начнут противодействовать дальнейшему накоплению зарядов. Это значит, что есть предел накопления, который можно характеризовать также и разностью потенциалов (напряжением) между двумя контактами 6 и 7.
Если же в дальнейшем разрядить оба контакта, накопившие +Q и -Q , либо друг на друга, либо передать заряд в другую электрическую емкость, то дальнейшее накопление заряда станет вновь возможным.
Вы можете спросить. Откуда берется первоначальный заряд? Дело в том, что он существует всегда. Любые два проводника, разделенные диэлектриком (газ, жидкость, твердое тело) всегда имеют емкость, и более того, они имеют разность потенциалов, что говорит о наличии на одном таком проводнике большего количества свободных носителей зарядов, чем на другом.
Электрофорная машина Вимшурста является машиной с самовозбуждением, то есть для начала ее работы не требуется подвод какого-либо дополнительного заряда.
Является ли машина Вимшурста генератором энергии?
Более точно можно сказать, что машина Вимшурста является преобразователем механической энергии вращения в энергию электростатического поля. При работе такой машины, как впрочем и любой другой, существуют потери на трение, утечки энергии и т.п. Поэтому ее КПД не может быть более 100% , и даже он не может быть равен 100%.