El generador de Wimshurst o máquina de electroforos es un dispositivo electrostático de inducción diseñado como una fuente continua de energía eléctrica. En el siglo XXI, se utiliza como técnica auxiliar para demostrar experimentos físicos relacionados con diversos efectos y fenómenos eléctricos.
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Un poco de la historia del invento
En 1865, el físico experimental de Alemania, August Tepler, desarrolló los dibujos finales de la máquina de electróforos. Al mismo tiempo, el científico alemán Wilhelm Holz hizo el segundo descubrimiento independiente de tal unidad. La principal diferencia del dispositivo era la capacidad de obtener mayor potencia y diferencia de potencial. Holtz es considerado el creador de una fuente de corriente eléctrica continua.
El sencillo diseño inicial de la máquina de electróforos fue mejorado en 1883 por James Wimshurst de Inglaterra.Su modificación se utiliza en todos los laboratorios físicos para una demostración visual de experimentos.
El diseño de la máquina de electroforos.
2 discos coaxiales giran uno contra el otro, mientras llevan los condensadores más simples de los sectores de aluminio. Debido a procesos aleatorios, en el momento primario se forma una carga en el sitio de uno de los segmentos. El fenómeno es causado por el proceso de fricción contra el aire. Debido a la simetría del diseño, es imposible predecir el signo final de antemano.
El diseño utiliza 2 frascos de Leyden. Crean un solo sistema a partir de condensadores conectados en serie. Esto tiene el efecto de duplicar los requisitos de voltaje de operación en cada tanque. Es necesario seleccionar las mismas clasificaciones, esta es la clave para una distribución uniforme del voltaje de operación.
Los neutralizadores inductivos están diseñados para aliviar el voltaje. Toda la estructura se parece a un peine de metal que flota a cierta distancia sobre el disco. Ambos discos con signos equivalentes de la superficie exterior llegan al punto de eliminación de carga. Los neutralizadores están emparejados. Después de la descarga, la carga de los segmentos se reduce considerablemente. En diseños adicionales, el cepillo entra fácilmente en contacto con el borde del disco.
El operador, utilizando el poder del accionamiento eléctrico o su propia mano, une a la fuerza los elementos repulsivos del sistema. Las cargas que interactúan entre sí intentan establecerse en la medida de lo posible. El proceso contribuye a un fuerte aumento de la densidad de carga superficial en todos los puntos de eliminación.
La electricidad se recoge en jarras Leiden de las crestas de los neutralizadores. Hay un aumento rápido en el voltaje.Un espacio de chispa unido a 2 electrodos ayuda a evitar fallas en el sistema. Es posible obtener un arco de diferente fuerza ajustando la distancia entre ellos. Existe una relación: cuanto más fuerte es la intensidad de campo entre los 2 descargadores de chispas, más ruidoso es el efecto que acompaña al proceso de vaciado de las jarras de Leiden.
Los segmentos permanecen vacíos más allá del punto de eliminación de carga. Aguas abajo, los ecualizadores de potencial o neutralizadores se instalan de acuerdo con el principio de funcionamiento. Cada lado opuesto del disco ya ha dado carga a diferentes cepillos. En el momento de pasar por el punto de recogida y después del mismo, los signos de carga residual son diferentes.
Un trozo de alambre de cobre grueso con cepillos de alambres finísimos suspendidos a baja altura o frotando segmentos contribuye al cierre de estos opuestos. El resultado: las cargas en ambos segmentos son iguales a cero, toda la energía se convierte de acuerdo con la ley de Joule-Lenz en calor generado en el núcleo de cobre engrosado.
¿Qué son los bancos de Leiden?
El primer condensador eléctrico creado por los científicos holandeses Pieter van Muschenbroek fue una botella de Leyden. El condensador inventado tiene la forma de un cilindro con un cuello ancho o mediano de diferentes diámetros. El frasco de Leyden está hecho de vidrio. Por dentro y por fuera se pega con hojalata especial. El producto está cubierto con una tapa de madera. La función principal de la invención es la acumulación y almacenamiento de grandes cargas.
La creación de tal banco fue estimulada por un amplio estudio de la electricidad, la velocidad general de su distribución, así como las propiedades de conductividad eléctrica de varios materiales. Gracias a ella, fue posible por primera vez producir una chispa eléctrica de forma artificial.Ahora las latas de Leiden se usan solo como parte integral de las máquinas de electróforos.
¿Cuál es el principio de funcionamiento de la máquina de electróforos?
De la fuerza del operador se toma energía para cambiar de signo. Ya entre ecualizadores y escobillas, los discos se mueven con repulsión mutua unos hacia otros. El número de revoluciones por minuto juega un papel. Mayor densidad de carga. La carga más fuerte de los discos opuestos empuja los residuos a través de los alambres de cobre. De aquí se sigue la energía suficiente para cambiar de signo.
Al aumentar la densidad de la superficie, la carga se elimina del dispositivo. En un solo punto, las reservas de energía se realizan en el banco de Leiden, otro lugar sirve para cambiar el signo. Los neutralizadores de inducción prácticamente no tienen diferencias. Ambos realizan una función común de neutralizar la energía. Esquema general:
- Hay 2 tipos de condensadores en el diseño: bancos de Leiden donde se acumula la carga y una combinación de un segmento de ambos discos con un dieléctrico y un revestimiento de aluminio.
- Hay 2 tipos de neutralizadores que reducen la carga de los segmentos de aluminio. El primero sirve para cambiar de signo o polarización, el segundo para cargar la botella de Leyden.
Toda la energía no proviene de la fricción del aluminio y el cobre o de la electrificación del aire. Se crea llenando a la fuerza los condensadores con la fuerza de torsión del disco. Todos los procesos se llevan a cabo debido a un fuerte aumento en la densidad de carga superficial en los puntos de eliminación.
Aplicación de la máquina de electroforos
De los años 70. la máquina de Wimshurst no se utiliza para la producción directa de energía eléctrica.Hoy actúa como una exhibición histórica que ilustra la historia del surgimiento y desarrollo del progreso científico y tecnológico y la ingeniería. Una demostración de laboratorio, para la cual se crea una máquina de electróforos, muestra los diversos fenómenos y efectos de la electricidad.
Es aceptable usar neutralizadores de inducción, eliminando cargas de dieléctricos líquidos, como el aceite. Es peligroso que salte una chispa en el aire en cualquier producción, puede tener consecuencias desastrosas, humo e incluso una explosión.
La historia de los descubrimientos e investigaciones en el campo de la electricidad está íntimamente relacionada con el uso de diversas estructuras y dispositivos para la obtención de cargas eléctricas. La máquina de electroforos desempeñó su papel en la investigación científica, cuya acción se basa en la excitación de la electricidad por inducción.
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