O gerador de Wimshurst ou máquina de eletróforo é um dispositivo eletrostático de indução projetado como uma fonte contínua de energia elétrica. No século 21, é usado como técnica auxiliar para demonstrar experimentos físicos relacionados a vários efeitos e fenômenos elétricos.
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Um pouco da história da invenção
Em 1865, o físico experimental da Alemanha, August Tepler, desenvolveu os desenhos finais da máquina de eletróforos. Ao mesmo tempo, a segunda descoberta independente de tal unidade foi feita pelo cientista alemão Wilhelm Holz. A principal diferença do dispositivo foi a capacidade de obter maior potência e diferença de potencial. Holtz é considerado o criador de uma fonte de corrente elétrica direta.
O projeto inicial simples da máquina eletroforo foi melhorado em 1883 por James Wimshurst da Inglaterra.Sua modificação é usada em todos os laboratórios físicos para demonstração visual de experimentos.
O projeto da máquina de eletróforo
2 discos coaxiais giram um contra o outro, enquanto carregam os capacitores mais simples dos setores de alumínio. Devido a processos aleatórios, no momento primário, uma carga é formada no local de um dos segmentos. O fenômeno é causado pelo processo de atrito contra o ar. Devido à simetria do desenho, é impossível prever antecipadamente o sinal final.
O design usa 2 frascos de Leyden. Eles criam um único sistema de capacitores conectados em série. Isso tem o efeito de dobrar os requisitos de tensão de operação em cada tanque. É necessário selecionar as mesmas classificações, esta é a chave para uma distribuição uniforme da tensão de operação.
Neutralizadores indutivos são projetados para aliviar a tensão. Toda a estrutura se assemelha a um pente de metal pairando a alguma distância acima do disco. Ambos os discos com sinais equivalentes da superfície externa chegam ao ponto de remoção de carga. Neutralizadores são emparelhados. Após o descarregamento, a carga dos segmentos é bastante reduzida. Em designs adicionais, a escova entra facilmente em contato com a borda do disco.
O operador, usando o poder do acionamento elétrico ou de sua própria mão, reúne à força os elementos repulsivos do sistema. As cargas que interagem umas com as outras tentam se estabelecer o máximo possível. O processo contribui para um aumento acentuado na densidade de carga superficial em todos os pontos de remoção.
A eletricidade é coletada em jarras de Leiden das cristas dos neutralizadores. Há um rápido aumento da tensão.Um centelhador conectado a 2 eletrodos ajuda a evitar falhas no sistema. É possível obter um arco de força diferente ajustando a distância entre eles. Existe uma relação: quanto mais forte a força do campo entre os 2 centelhadores, mais ruidoso o efeito acompanha o processo de esvaziamento dos frascos de Leiden.
Os segmentos permanecem vazios após o ponto de remoção de carga. A jusante, equalizadores ou neutralizadores de potencial são instalados de acordo com o princípio de operação. Cada lado oposto do disco já deu carga a diferentes escovas. No momento da passagem pelo ponto de captação e depois dele, os sinais de carga residual são diferentes.
Um pedaço de fio de cobre grosso com escovas dos fios mais finos pairando a uma altura baixa ou esfregando segmentos contribui para o fechamento desses opostos. O resultado - as cargas em ambos os segmentos são iguais a zero, toda a energia é convertida de acordo com a lei de Joule-Lenz em calor gerado no núcleo de cobre engrossado.
Quais são os bancos de Leiden
O primeiro capacitor elétrico criado pelos cientistas holandeses Pieter van Muschenbroek foi um frasco de Leyden. O capacitor inventado tem a forma de um cilindro com um pescoço largo ou médio de diferentes diâmetros. O frasco de Leyden é feito de vidro. Por dentro e por fora é colado com uma folha de estanho especial. O produto é coberto com uma tampa de madeira. A principal função da invenção é a acumulação e armazenamento de grandes cargas.
A criação de tal banco foi estimulada por um amplo estudo de eletricidade, a velocidade geral de sua distribuição, bem como as propriedades de condutividade elétrica de vários materiais. Graças a ela, foi possível pela primeira vez produzir uma faísca elétrica artificialmente.Agora, as latas de Leiden são usadas apenas como parte integrante das máquinas de eletroforese.
Qual é o princípio de funcionamento da máquina eletroforo
Da força do operador, leva-se energia para mudar de sinal. Já entre equalizadores e escovas, os discos se movem com repulsão mútua entre si. O número de revoluções por minuto desempenha um papel. Densidade de carga aumentada. A carga mais forte dos discos opostos empurra os resíduos através dos comprimentos do fio de cobre. Disto segue a energia suficiente para mudar o sinal.
Ao aumentar a densidade da superfície, a carga é removida do dispositivo. Em um único ponto, as reservas de energia são feitas no banco de Leiden, outro local serve para mudar o sinal. Os neutralizadores de indução praticamente não apresentam diferenças. Ambos desempenham uma função comum de neutralizar a energia. Esquema geral:
- Existem 2 tipos de capacitores no projeto: bancos de Leiden onde a carga se acumula e uma combinação de um segmento de ambos os discos com um dielétrico e um revestimento de alumínio.
- Existem 2 tipos de neutralizadores que reduzem a carga dos segmentos de alumínio. O primeiro é usado para alterar o sinal ou polarização, o segundo para carregar o frasco de Leyden.
Toda energia não vem do atrito do alumínio e do cobre ou da eletrificação do ar. Ele é criado pelo preenchimento forçado dos capacitores com a força de torção do disco. Todos os processos são realizados devido a um aumento acentuado na densidade de carga superficial nos pontos de remoção.
Aplicação da máquina de eletroforese
A partir dos anos 70. a máquina de Wimshurst não é utilizada para a produção direta de energia elétrica.Hoje funciona como uma exposição histórica que ilustra a história do surgimento e desenvolvimento do progresso científico e tecnológico e da engenharia. Uma demonstração de laboratório, para a qual é criada uma máquina de eletróforos, mostra os vários fenômenos e efeitos da eletricidade.
É aceitável usar neutralizadores de indução, removendo cargas de dielétricos líquidos, como óleo. É perigoso ter uma faísca no ar em qualquer produção, pode levar a consequências desastrosas, fumaça e até uma explosão.
A história das descobertas e pesquisas na área de eletricidade está intimamente relacionada ao uso de diversas estruturas e dispositivos para obtenção de cargas elétricas. A máquina de eletróforos desempenhou seu papel na pesquisa científica, cuja ação se baseia na excitação da eletricidade devido à indução.
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