Генераторы электростатические: Электростатические генераторы: история статического электричества

Содержание

Электростатические генераторы: история статического электричества

История науки и техники — это постоянная эволюция открытий и улучшений. Прекрасным примером этого являются электростатические машины или генераторы. В этом коротком эссе мы рассмотрим историю электричества в хронологическом порядке. открытия, связанные с электростатикой и ее техническим применением, особенно в форме генераторов, поскольку было обнаружено, что натирание янтаря привлекает определенные объекты, и не было хорошо известно, почему даже самые современные генераторы, которые сейчас являются устаревшими машинами, используются в обучающих и развлекательных играх по физике.

Электростатический генератор способен генерировать высокое напряжение, но с очень малым током.. Они основаны на трении, на механической энергии, которую мы должны внести для достижения трения в двух материалах: одна часть преобразуется в тепло, а другая в электростатическую энергию.

Древняя Греция.

Начала.

Есть упоминания о притяжении предметов янтарем после протирания его тканью или кожей, но дальше этого дело не пошло. Никто не думал, что это влечение можно непрерывно создавать и применять на практике.

Как я уже сказал, эффект описан, но не исследуется. В этой области не будет значительных достижений до семнадцатого века с Уильям Гилберт и Отто фон Герике и особенно в XNUMX веке благодаря работам Франклина, Пристли и Кулона.

Подпишитесь на наш Youtube-канал

Природные явления

Эффекты, связанные с электричеством, от разрядов рыбы до молнии, были подробно описаны еще в Древнем Египте, но никто не понимал эти явления и не связывал их. Они были загадкой.

В 585 г. до н.э. греческий философ Фалес Милетский изучал свойства магнитного камня, притягивающего железо, сравнивая его со свойствами янтаря, притягивающего многие типы предметов.. Он был первым, кто указал на это свойство янтаря. По-гречески янтарь — это электрон.

XNUMX век начинается революция

Вот тут дело и пошло наперекосяк. Во второй половине XNUMX века они начинают делать все больше и больше открытий, связанных с электричеством.

Уильям Гилберт (1544 — 1603)

Уильям Гилберт в 1600 году обнаружили, что горный хрусталь и некоторые драгоценные камни также притягивают такие предметы, как янтарь, когда их натирают. Он назвал все эти вещества электрическими, потому что они обладали теми же свойствами, что и янтарь. как мы сказали по-гречески, это было сказано «Электрон», и это явление было названо электричеством.. Это выражение встречается в его знаменитой книге De Magnete.

У нас здесь уже есть любимое электричество. Поскольку это электричество, казалось, оставалось в телах, если не было изменений, которые могли бы их изменить, его назвали статическим электричеством.

Уильям Гилберт также изобрел электроскоп. инструмент, который позволяет узнать, загружено тело или нет

В блоге Как сделать самодельный электроскоп

Серный шар Отто фон Герике

В 1660 году Отто фон Герике (1602–1686), известный своими экспериментами с вакуумом и изобретением воздушного насоса в 1645 году, изобрел первый простой электростатический генератор. Он состоял из шара или шара из серы, который вращался вокруг оси с помощью рукоятки и вырабатывал электричество, трясь о руку.

Его можно было заряжать и разгружать бесконечно долго, и он мог даже производить искры с помощью своего наэлектризованного шара.

Герике сделал шар, вылив расплавленную серу в полую стеклянную сферу. После охлаждения серы стеклянная форма была разбита. Позже они обнаружили, что стеклянная сфера сама по себе достигла тех же результатов.

Ртутная газоразрядная лампа и генератор Hauksbee

Научные исследования продолжаются, и появляется первое действительно практическое применение.

В 1706 году этот английский физик построил кристаллическую сферу, которая вращалась с помощью кривошипа и за счет трения генерировала электрический заряд, превышающий заряд серного шара.

Было замечено, что если ртутный барометрический прибор, изобретенный Евангелистой Торричелли, встряхнуть, а пустую часть посмотреть в темноте, он испускает свет. Итак, в 1730 году Фрэнсис Хоксби изобрел первую ртутную газоразрядную лампу. Он сконструировал машину, которая состояла из ротора, чтобы натереть небольшой янтарный диск в вакуумной камере, и когда в этой камере были пары ртути, он воспламенился.

Странное использование

Как я уже говорил в разделе о серном шаре, стеклянная форма работала так же хорошо, как сера, для создания электростатического генератора. Поэтому Винклер установил свою электростатическую машину, используя пивные бокалы в качестве ротора (я нашел этот анектод только в сеть и я не смог сопоставить информацию. Я оставляю это, потому что мне это кажется любопытным и правдоподобным, но отнеситесь к этому внимательно)

Электростатическое электричество и его машины стали игрушкой, с которой люди хотели экспериментировать в XNUMX веке. Людям хотелось почувствовать поражение электрическим током и такие устройства, как «электрический поцелуй«, Где пара размещалась на платформах так, чтобы они заряжались статическим электричеством и при поцелуях выскакивала искра.

И, как всегда, появились шарлатаны, которые воспользовались утверждениями людей, что они могут лечить болезни электрическим током. Так же, как они поступили с магнитными свойствами, а сейчас они поступают со всеми видами продуктов, камнями, отбеливателем и прочим. Человечество никогда не спасалось от пикаресков и мошенников.

Бутылка лейдена

В 1745 году Эвальд Юрген фон Клейст (1700-1748) изобрел лейденскую бутылку или лейденскую банку. Пытаясь найти способ хранить электрическую энергию, ему пришло в голову использовать бутылку, наполненную водой или ртутью. В следующем году физик Кунней независимо от этого пришел к такому же решению в Лейдене, Нидерланды. Это имя, которое мы знаем в настоящее время для изобретения.

Лейденская бутылка — предшественник конденсаторов и из его изучения и нововведений возникли эти элементы. Изучив, какие вещества лучше хранить энергию внутри бутылки, они поняли, что если оставить бутылку пустой и добавить слой металла внутри и снаружи бутылки, электростатическая энергия также будет накапливаться.

И это уже конденсатор Текущий. Два металлических листа, разделенных диэлектриком.

Итак, мы подошли к первая известная жертва и записиот электрического тока (конечно, не считая людей, погибших от ударов молнии). Чтобы добиться более высоких зарядов, они начали соединять несколько бутылок Лейдена, формируя батарею.

И хотя французский аббат Нолле показал, что мелкие животные, такие как птицы и рыбы, были мгновенно убиты выстрелом из лейденского кувшина, никто не мог представить себе опасность, которую могла повлечь за собой эта новая энергия, с которой они играли.

6 августа 1783 года в Санкт-Петербурге профессора Рихмана и его помощников ударила молния от зарядных конденсаторов. С ассистентом ничего не случилось, но Ричман умер сразу же. В медицинском заключении говорилось:

У него была только небольшая дырочка на лбу, обгоревший левый ботинок и синее пятно на ноге. […] Мозг был в порядке, передняя часть легкого была здоровой, а задняя часть была коричневой и черной от крови.

Как построить бутылка домашнего Лейдена.

Бенджамин Франклин и громоотвод

Возможно, самая известная история электростатики — это история Бенджамина Франклина и его комет бурного дня. Бенджамин Франклин был поклонником лейденских бутылок.

Он предложил, чтобы при превышении электрическая жидкость это будет называться положительное электричество и когда был дефицит, отрицательное электричество.

Наблюдая за тем, как разряжались лейденские бутылки, он заметил, что, когда они закончились, они испускали искру, очень похожую на звук, щелчок, похожий на гром.

В 1745 году он начал свои эксперименты с электричеством. У него была интуиция, что молния — это электрический заряд, и он хотел доказать это..

В 1751 году он запустил в шторм воздушного змея с металлическим наконечником, он был прикреплен к шелковой нити. В конце, около Франклина, была вторая струна с металлическим ключом. Он пришел хранить энергию от молнии в лейденских бутылках.

Он быстро нашел практическое применение своему опыту, молниеотвод. Он заметил, что бутылки разряжались раньше, если у них была игла, и, поскольку он пришел к выводу, что лучи попадают в здания и заряжаются, он подумал о том, чтобы поставить заостренный металлический стержень и соединить его с землей, чтобы он мог быть выписанным.

В 1752 г. он опубликовал свои идеи в Альманах бедного Ричарда и это имело успех, поскольку в зданиях устанавливали громоотводы.

Лей де Кулон

В 1785 году он провозгласил свой знаменитый закон.

От пользователя: Днк-Деннис, CC BY 3.0,

Из их опыта был сделан вывод, что сила, действующая между два электрических заряда в состоянии покоя (электростатический разряд), находящиеся в вакууме и размеры которых малы по сравнению с расстоянием, которое их разделяет, имеют следующие характеристики (для своевременных грузов):

Он действует в направлении линии, соединяющей оба заряда.
Привлекательно, если заряды отличительные, и отталкивающие, если они одинаковые.
Он пропорционален произведению количества грузов.
Оно обратно пропорционально квадрату расстояний, разделяющих их.

В Международной системе единиц единицей электрического заряда является кулон (C), который определяется, начиная с основной единицы силы тока I, которая является ампером (A).

Дисковый ротор и стек

В 1800 г. первые дисковые генераторы. Твой яnventor был Winter, рука заменена кожаной подушкой, обработанной ртутью для трения, что обеспечивает более стабильный результат.

При этом около 1799 г. были проведены первые электролитические опыты на Дону.Был получен такой же или лучший результат, чем при использовании бутылок Leyden.

En 1800 Алессандро Вольта представил первую электрическую батарею, гальваническую батарею. Это была полная революция, поскольку она решила многие проблемы электростатики и позволила генерировать энергию непрерывно и по желанию. Я рассмотрю хронологию истории химических батарей в другом эссе.

Электрический генератор и клетка Фарадея

В 1836 году Фарадей открыл это явление, с помощью которого электромагнитное поле внутри проводника в состоянии равновесия равно нулю.

Сегодня эта концепция используется в качестве защиты от перенапряжения. во многих радиоприемниках, жестких дисках, телевизорах, ретрансляторах, а также для защиты электронного оборудования в самолетах от молнии.

предварительно в 1831 году он изобрел электрогенератор постоянного тока., А динамо. Он обнаружил, что если мы перемещаем замкнутый контур в магнитном поле, создается электродвижущая сила.

Машина Вимшерста

Это самые современные электростатические дисковые генераторы. и они представляют собой вершину этого типа машин, которые постепенно превращались в научное любопытство и игрушки для детей.

Это генератор электрических зарядов за счет электростатической индукции. В этом разделе генераторы этого типа были разработаны Вильгельмом Хольцем (1865 и 1867), Августом Топлером (1865) и Дж. Робертом Воссом (1880). Но они были менее эффективными машинами и имели тенденцию сильно менять полярность.

Машина Вимшерста решила все эти проблемы. Достигается напряжение от 200.000 300.000 до XNUMX XNUMX вольт.

Были получены очень хорошие результаты, и они были использованы для питания рентгеновских трубок.

В блоге Как сделать машину Вимшерста

Индукционная катушка Румкорфа

В 1857 году Генрих Даниэль Румкорф изобрел индукционную катушку., своего рода трансформатор, позволяющий посылать импульсы высокого напряжения из постоянного тока низкого напряжения.

Это открытие стало одним из тех, которые низводили все электростатические машины. Это сделало их устаревшими.

Генератор Ван де Граафа

De Затоньи Шандор, (ifj.) Fizped — Собственная работа, CC BY 3.0,

Берем таймскип и переходим в 1931, Роберт Ван де Грааф изобретает генератор, носящий его имя, для генерации высокого напряжения порядка 20 миллионов вольт. для ускорения частиц в лаборатории .. В своей первой модели он сообщил 1,5 миллиона вольт.

Это генератор постоянного тока. Отправляет заряды по ремню в полый элемент, обычно в сферу.

Наивысший потенциал, поддерживаемый ускорителем Ван де Граффа, составляет 25.5 МВ, достигнутый тандемом на «установке пучка радиоактивных ионов Холифилда» в «Национальной лаборатории Ок-Ридж».

В Иккаро Как сделать генератор Ван де Грааф

Электростатический парогенератор

Я хочу процитировать этот генератор, потому что его работа основана на другом принципе, чем то, что мы видели до сих пор.

Влажный пар, продавленный через сопло, вызывает электрический заряд. Это были сложные в обслуживании и очень дорогие машины, но в свое время они давали хорошие результаты.

Заключение

Электричество пережило большие технические и теоретические успехи с семнадцатого века до наших дней. Вторая половина XIX века — апофеоз инженерной мысли с сотнями усовершенствований и модификаций.

В этом тесте мы проследили эволюцию статического электричества в электростатических генераторах, которые были изготовлены. От его открытия до последних генераторов.

Как вы могли заметить, хотя я уже упоминал об этом, я не касался электрических батарей, электролиза или генерации постоянного и переменного тока, войны токов или большого разнообразия тем, связанных с историей электричества., но это настолько широкая тема, что я хотел сузить ее, сосредоточив внимание на электростатике, которая, скажем так, является первым этапом с момента открытия электричества.

Если вы видите, что я оставил важный пункт в области электростатики или изобретателей, инженеров и ученых, которые его изучали, не стесняйтесь оставлять мне комментарий.

Источники

http://www.hp-gramatke.net/history/english/page4000.htm
https://en.wikipedia.org/wiki/Electrostatic_generator
https://es.wikipedia.org/wiki/Generador_electrost%C3%A1tico
https://es.wikipedia.org/wiki/Historia_de_la_electricidad
https://www. tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00107516908204792?journalCode=tcph30
https://ethw.org/Electrostatic_Generator
История и хронология науки и открытий. Как наука сформировала наш мир. Айзек Азимов. Эд. Ариэль
Уроки физики. Том III. Хосе Луис Манглано де Мас

Атомная энергия. Том 11, вып. 2. — 1961 — Электронная библиотека «История Росатома»

Главная → Указатель произведений

ЭлектроннаябиблиотекаИстория Росатома

Ничего не найдено.

Загрузка результатов…

Закладки

Обложка105106107108109110111112113114115116117118119120121122123124125126127128129130131132133134135136137138139140141142143144145146147148149150151152153154155156157158159160161162163164165166167168169170171172173174175176177178179180181182183184185186187188189190191192193194195196197198199200201202203204205206207208

Увеличить/уменьшить масштаб

По ширине страницы

По высоте страницы

Постранично/Разворот

Поворот страницы

Навигация по документу

Закладки

Поиск в издании

Структура документа

Скопировать текст страницы

(работает в Chrome 42+,
Microsoft Internet Explorer и Mozilla FireFox
c установленным Adobe Flash Player)

Добавить в закладки

Текущие страницы выделены рамкой.

Содержание

ОбложкаОбложка

105Титульные листы

107Содержание

107Contents

109Статьи

109

Волков В. С., Лукьянов А. С., Чепкунов В. В., Шевяков В. П., Ямников В. С.

Применение выгорающих поглотителей в ядерных реакторах 122

Смирнов-Аверин А. П., Галков В. И., Иванов В. И., Мещеряков В. П., Шейнкер И. Г., Стабенова Л. А., Крот Н. Н., Козлов А. Г.

Исследование отработавшего тепловыделяющего элемента Первой атомной электростанции 126

Клименков В. И., Завгородний А. Я.

Скрытая энергия в графите кладки реактора ИР 133

Субботин В. И., Ибрагимов М. Х., Ивановский М. Н., Арнольдов М. Н., Номофилов Е. В.

Теплоотдача при турбулентном течении жидких металлов в трубах 140

Фелиси Н. Ж.

Электростатический генератор с вращающимся цилиндром и водородной изоляцией 153

Зефиров А. П., Ласкорин Б. Н., Невский Б. В.

Современное состояние технологии переработки урановых руд 170

Бялобжеский А. В., Лукинская В. Н.

Влияние ионизирующего излучения на коррозионное поведение металлов в четыреххлористом углероде 177

Веретенников А. И., Аверченков В. Я., Савин М. В.

Измерение временного распределения γ-излучения в дереве методом задержанных совпадений

181Письма в редакцию

181

Жилейко Г. И.

Нагрузка током группирователя линейного ускорителя 183

Гришин В. К.

Распределение частиц в заряженном пучке в накопительных системах 184

Пономарев-Степной Н. Н.

О величине потока быстрых нейтронов, определяющей радиационное повреждение материалов 185

Зарембо Ю. И.

Термодинамика восстановления двуокиси тория кальцием 186

Арефьева З. С., Бочкарев В. В., Михайлов Л. М., Тимофеев Л. М.

Ослабление γ-излучения Co⁶⁰, Cs¹³⁷ и Au¹⁹⁸ свинцовой защитой цилиндрической геометрии 187

Михайлов Л. М., Арефьева З. С.

Универсальные таблицы для расчета защиты из вольфрама и урана от γ-излучения

190Новости науки и техники

190

Фрадкин Г.

Совещание в Киеве по использованию атомной энергии 192

Пацкевич В. М.

Совещание по методам неразрушающего контроля 194

Орав Т.

Первые результаты исследований по радиобиологии растений в Эстонской ССР 194

Ю. К.

Атомная энергия на Британской выставке в Москве 198

В. Ж.

Атомная энергия на английской промышленной выставке в Лондоне

199Краткие сообщения

200Библиография

200Новая литература

208Концевая страница

Обращаясь к сайту «История Росатома — Электронная библиотека»,

я соглашаюсь с условиями использования представленных там материалов.

Правила сайта (далее – Правила)

Общие положения
1. Настоящие правила определяют порядок и условия использования материалов, размещенных на сайте www.biblioatom.ru (далее именуется Сайт), а также правила использования материалов Сайтом и порядок
  взаимодействия с Администрацией Сайта.
2. Любые материалы, размещенные на Сайте, являются объектами интеллектуальной собственности (объектами авторского права или смежных прав, а также прав на средства индивидуализации). Права Администрации
  Сайта на указанные материалы охраняются законодательством о правах на результаты интеллектуальной деятельности.
3. Использование материалов, размещенных на Сайте, допускается только с письменного согласия Администрации Сайта или иного правообладателя, прямо указанного на конкретном материале, размещенном на
  Сайте, или в непосредственной близости от указанного материала.
4. Права на использование и разрешение использования материалов, размещенных на Сайте, принадлежащих иным правообладателям, нежели Администрация Сайта, допускается с разрешения таких правообладателей
  или в соответствии с условиями, установленными такими правообладателями. Никакое из положений настоящих Правил не дает прав третьим лицам на использование материалов правообладателей, прямо указанных на
  конкретном материале, размещенном на Сайте, или в непосредственной близости от указанного материала.
5. Настоящие Правила распространяют свое действие на следующих пользователей: информационные агентства, электронные и печатные средства массовой информации, любые физические и юридические лица, а также
  индивидуальные предприниматели (далее — «Пользователи»).

Использование материалов. Виды использования
1. Под использованием материалов Сайта понимается воспроизведение, распространение, публичный показ, сообщение в эфир, сообщение по кабелю, перевод, переработка, доведение до всеобщего сведения и иные
  способы использования, предусмотренные действующим законодательством Российской Федерации.
2. Использование материалов Сайта без получения разрешения от Администрации Сайта не допустимо.
3. Внесение каких-либо изменений и/или дополнений в материалы Сайта запрещено.
4. Использование материалов Сайта осуществляется на основании договоров с Администрацией Сайта, заключенных в письменной форме, или на основании письменного разрешения, выданного Администрацией Сайта.
5. Запрещается любое использование (бездоговорное/без разрешения) фото-, графических, видео-, аудио- и иных материалов, размещенных на Сайте, принадлежащих Администрации Сайта и иным правообладателям
  (третьим лицам).
6. Стоимость использования каждого конкретного материала или выдача разрешения на его использование согласуется Пользователем и Администрацией Сайта в каждом конкретном случае.
7. В случае необходимости использования материалов Сайта, права на которые принадлежат третьим лицам (иным правообладателям, нежели Администрация Сайта, о чем прямо указано на таких материалах либо в
  непосредственной близости от них), Пользователи обязаны обращаться к правообладателям таких материалов для получения разрешения на использование материалов.

Обязанности Пользователей при использовании материалов Сайта
1. 3.1. При использовании материалов Сайта в любых целях при наличии разрешения Администрации Сайта, ссылка на Сайт обязательна и осуществляется в следующем виде:
  1. в печатных изданиях или в иных формах на материальных носителях Пользователи обязаны в каждом случае использования материалов указать источник – электронная библиотека «История Росатома»
    (www. biblioatom.ru)
  2. в интернете или иных формах использования в электронном виде не на материальных носителях, Пользователи в каждом случае использования материалов обязаны разместить гиперссылку на Сайт —
    электронная
    библиотека «История Росатома» (www.biblioatom.ru), гиперссылка должна являться активной и прямой, при нажатии на которую Пользователь переходит на конкретную страницу Сайта, с которой заимствован
    материал.
  3. Ссылка на источник или гиперссылка, указанные в пп. 3.1.1 и 3.1.2. настоящих Правил, должны быть помещены Пользователем в начале используемого текстового материала, а также непосредственно
    под используемым аудио-, видео-, фотоматериалом, графическим материалом Администрации Сайта.
2. Размеры шрифта ссылки на источник или гиперссылки не должны быть меньше размера шрифта текста, в котором используются материалы Сайта, либо размера шрифта текста Пользователя, сопровождающего аудио-,
  видео-, фотоматериалы и графические материалы Сайта, а также цвет ссылки должен быть идентичен цветам ссылок на Сайте и должен быть видимым Пользователю.
3. Использование материалов с Сайта, полученных из вторичных источников (от иных правообладателей, нежели Администрация Сайта, о чем прямо указано на таких материалах либо в непосредственной близости от
  них), возможно только со ссылкой на эти источники и, в случае необходимости, установленной такими источниками (правообладателями), — с их разрешения.
4. Не допускается переработка оригинального материала (произведения), взятого с Сайта, в том числе сокращение материала, иная его переработка, в том числе приводящая к искажению его смысла.

Права на материалы третьих лиц, урегулирование претензий
1. Материалы, права на которые принадлежат третьим лицам, размещенные на Сайте, размещены либо с разрешения правообладателя, полученного Администрацией Сайта, либо, в случае, если таковое использование
  прямо не запрещено правообладателем, в соответствии с Законодательством РФ в информационных целях с обязательным указанием имени автора, материал которого используется, и источника заимствования.
2. В случае, если в обозначении авторства материалов в соответствии с п. 4.1. настоящих Правил содержится ошибка, или в случае использования материала с предполагаемым или реальным нарушением прав
  третьих лиц, или в иных спорных случаях использования объектов интеллектуальной собственности, размещенных на Сайте, в том числе в случае, когда права третьего лица тем или иным образом нарушаются с
  использованием Сайта, применяется следующая схема урегулирования претензий третьих лиц к Администрации Сайта:
  1. в адрес Администрации Сайта по электронной почте на адрес [email protected] направляется претензия, содержащая информацию об объекте интеллектуальной собственности, права на который
    принадлежат
    заявителю и который используется незаконно посредством Сайта или с нарушением правил использования, или иным образом права заявителя как обладателя исключительного права на объект интеллектуальной
    собственности, размещенный на Сайте, нарушены посредством Сайта, с приложением документов, подтверждающих правомочия заявителя, данные о правообладателе и копия доверенности на действия от лица
    правообладателя, если лицо, направляющее претензию, не является руководителем компании правообладателя или непосредственно физическим лицом — правообладателем. В претензии также указывается адрес
    страницы
    Сайта, которая содержит данные, нарушающие права, и излагается полное описание сути нарушения прав;
  2. Администрация Сайта обязуется рассмотреть надлежаще оформленную претензию в срок не менее 5 (пяти) рабочих дней с даты ее получения по электронной почте. Администрация Сайта обязуется
    уведомить
    заявителя о результатах рассмотрения его заявления (претензии) посредством отправки письма по электронной почте на адрес, указанный заявителем, а также направить ответ в письменном виде на адрес,
    указанный заявителем (в случае неуказания такового адреса отправки, обязательство по предоставлению письменного ответа на претензию с Администрации Сайта снимается). В том числе, Администрация
    Сайта
    вправе запросить дополнительные документы, свидетельства, данные, подтверждающие законность предъявляемой претензии. В случае признания претензии правомерной, Администрация Сайта примет все
    возможные
    меры, необходимые для прекращения нарушения прав заявителя и урегулирования претензии;
  3. Администрация Сайта в любом случае предпринимает все возможные меры к скорейшему удовлетворению обоснованных претензий третьих лиц и стремиться к максимально скорому урегулированию всех
    спорных
    вопросов.

Прочие условия
1. Администрация Сайта оставляет за собой право изменять настоящие Правила в одностороннем порядке в любое время без уведомления Пользователей. Любые изменения будут размещены на Сайте. Изменения
  вступают в силу с момента их опубликования на Сайте.
2. По всем вопросам использования материалов Сайта Пользователи могут обращаться к Администрации Сайта по следующим координатам: [email protected]
3. Во всем, что не урегулировано настоящими Правилами в отношении вопросов использования материалов на Сайте, стороны руководствуются положениями Законодательства РФ.

СогласенНе согласен

Генерация статического электричества Рон Куртус

SfC Home > Physics > Electricity > Static Electricity >

Рон Куртус

Вы можете генерировать статическое электричество на простом уровне путем трения определенных материалов друг о друга. Хорошим примером этого является натирание тканью пластикового стержня. Однако есть устройства, которые могут генерировать статическое электричество, которое затем можно использовать в приложениях, демонстрациях и экспериментах.

Электрофорус использует электростатическую индукцию для многократного заряда металлической пластины. Электростатический генератор Wimshurst использует вращающиеся пластиковые пластины и проволочные щетки для создания статического электричества и используется во многих школах. Генератор Ван де Граафа использует высокоскоростной ремень для создания статического электричества высокой мощности, достаточного для того, чтобы стрелять искрами, вызывать дыбом волосы на голове и зажигать люминесцентные лампы.

У вас могут возникнуть следующие вопросы:

Что такое электрофорус?
Как работает электростатический генератор Wimshurst?
Как работает генератор Ван де Граафа?

Этот урок ответит на эти вопросы. Полезный инструмент: Преобразование единиц измерения

Электрофорус

Электрофорус — это умное устройство, которое сочетает простое создание статического электричества с электростатической индукцией для многократного заряда металлической пластины. Он был изобретен в 1764 году шведским профессором Йоханом Карлом Вильке и улучшен через несколько лет итальянским ученым Алессандро Вольта.

Как это работает

Принцип работы заключается в том, что сначала вы создаете заряды статического электричества на пластине или диске из диэлектрического или непроводящего материала, такого как пластик, натирая его шерстью, тканью или мехом. Затем вы помещаете металлическую пластину в контакт с заряженной непроводящей пластиной.

Статические электрические заряды на непроводнике притягивают противоположные заряды к поверхности металлической пластины за счет электростатической индукции. Другими словами, отрицательные (-) заряды на непроводнике заставляют положительные (+) заряды собираться на металлической пластине.

Металлическая пластина, заряженная за счет электростатической индукции в электрофоре

Когда вы разъединяете пластины, на металлической пластине появляются статические электрические заряды, которые затем можно использовать для создания искр или демонстрации статического электричества.

Можно повторить процесс

После того, как заряды в металлической пластине исчерпаны, ее можно перезарядить, снова поместив ее в контакт с непроводящей или диэлектрической пластиной. Этот процесс можно повторять много раз, пока все заряды на диэлектрике не исчезнут.

Генератор Вимшерста

Электростатический генератор Вимшерста был изобретен в 1880-х годах. Современная версия состоит из двух пластиковых дисков, которые вращаются в противоположных направлениях с помощью ручного кривошипа и приводного ремня.

Электростатический генератор Wimshurst

Принцип работы

Принцип работы заключается в том, что несколько секторов металлической фольги приклеиваются к двум дискам. Когда диски вращаются, каждый сектор металлической фольги накапливает заряды за счет контакта со щетками на стержнях вблизи передней и задней части дисков. Две дополнительные пары щеток собирают накопленные заряды и передают их на накопительный конденсатор, например лейденскую банку 9.0005

Щетки также соединены с электродами разрядника. При вращении дисков между электродами может проскакивать искра высокого напряжения, если их постепенно сближать.

Генерирует 75 000 вольт

Электростатический генератор Wimshurst может генерировать до 75 000 вольт. Поскольку сила тока очень мала, высокое напряжение мало опасно, но оно эффективно для создания искр и проведения интересных экспериментов со статическим электричеством.

Генератор Ван де Граафа

Генератор Ван де Граафа может вырабатывать потенциальную энергию до 400 000 вольт и вырабатывать искры длиной до 15 дюймов (38 сантиметров).

Относительно безопасен

Относительно безопасен в использовании, поскольку сила тока составляет всего 10 микроампер (10/1 000 000 ампер). Это потому, что электрическая мощность равна напряжению, умноженному на силу тока. 400 000 вольт, умноженные на 10 микроампер, равняются всего 4 ваттам — энергии, достаточной для зажигания лампочки фонарика.

Лицо, касающееся генератора Ван де Граафа

Как это работает

Генератор Ван де Граафа приводится в действие высокоскоростным электродвигателем. У него ремень на двух шкивах. Нижний шкив изготовлен из изоляционного материала, а верхний шкив — из металла. Рядом с ремнем перед нижним шкивом находится заземленная гребенка, а внутри клеммы, рядом с ремнем перед верхним шкивом, соединенная с клеммой.

Сцепление между ремнем и нижним шкивом заряжает шкив, и он притягивает противоположные заряды к внешней поверхности ремня от заземленной гребенки. Затем лента транспортирует эти заряды к терминалу, где они собираются верхней гребенкой и передаются к терминалу. Экранирование, обеспечиваемое терминалом, позволяет продолжить процесс, даже если терминал уже сильно заряжен. Высокая скорость ленты вместе с большим разрядным электродом позволяет достигать непрерывного накопления зарядов и высоких напряжений.

Различные размеры

Генератор Ван де Граафа на картинке имеет высоту около 35 дюймов (90 см). В некоторых научных лабораториях есть такие генераторы высотой в несколько этажей. Они могут образовывать искры, которые проходят через всю комнату. Но все же это не сравнится с силой молнии, длина которой может достигать нескольких миль.

Резюме

Электрофор, генераторы Вимшерста и Ван де Граафа являются хорошими источниками статического электричества. Электрофор может многократно заряжать металлическую пластину. Генераторы Wimshurst и Van de Graaff используют высокоскоростные непроводники и щетки для создания статического электричества. Они могут обеспечивать чрезвычайно высокое напряжение, но, поскольку ток или сила тока очень малы, их все еще безопасно использовать.

Shock другие, зная о науке

Ресурсы и ссылки

Рон Куртус. Условия

Веб -сайты

Статический электрический генератор с PVC Pipe — Простой генератор

Статический электрический ресурсы с PVC

59956

5995699636

.

Электростатический генератор Wimshurst — $64,95

Американский образовательный генератор Van De Graff — $187

Генератор Artec с ручным приводом Van de Graaff
— $8,99

Книги

(Примечание: Школа чемпионов может получать комиссионные от покупки книг)

Книги с самым высоким рейтингом по электростатике

Вопросы и комментарии

У вас есть вопросы, комментарии, есть вопросы, комментарии? мнения на эту тему? Если это так, отправьте электронное письмо с вашим отзывом. Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.
Поделиться этой страницей
Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:
Студенты и исследователи
Веб-адрес этой страницы:
www. school-for-champions.com/science/
static_generating.htm
Разместите его в качестве ссылки на своем веб-сайте или в качестве ссылки в своем отчете, документе или диссертации.
Copyright © Ограничения
Где ты сейчас?
Школа Чемпионов
Электричество
Генерация статического электричества
3.10: Электростатические генераторы — технические библиотеки LibreTexts
Последнее обновление
Сохранить как PDF
Идентификатор страницы
54043
Маркус Зан
Массачусетский технологический институт через MIT OpenCourseWare
2
2
3-10-1 Генератор Ван де Граафа
В 1930-х годах для ускорения заряженных частиц в атомных исследованиях требовались надежные средства генерации высокого напряжения. В 1931 Ван де Грааф разработал электростатический генератор, в котором заряд распыляется на изолирующую движущуюся ленту, которая переносит этот заряд на проводящий купол, как показано на рис. 3-37а. Если купол считался изолированной сферой радиусом R , емкость задается как $C= 4 \pi \varepsilon_{0}R$. Переносимый заряд действует как источник тока, питающий эту емкость, как показано на рис. 3-37b, так что напряжение на куполе растет линейно со временем:
\[i = C \frac{dv}{dt} \Rightarrow v = \ frac{i}{C}t \nonumber \] 9{2}\), которое максимально при r = R , что подразумевает максимальное напряжение В _max = E _b R . Для В _max = 10 ⁶ В радиус сферы
до очень высоких напряжений, легко превышающих миллион вольт. (b) Простая эквивалентная схема состоит из конвекционного заряда, смоделированного как источник тока, заряжающий емкость купола.
должно быть $R \приблизительно \frac{1}{3}$ mi, чтобы емкость была $C \приблизительно 37$ pf. При зарядном токе в один микроампер для достижения этого максимального напряжения требуется $t \примерно 37$ сек.
3-10-2 Машины электростатической индукции с самовозбуждением
В генераторе Ван де Граафа внешний источник напряжения необходим для накопления заряда на ремне. В конце 1700-х годов были разработаны электростатические индукционные машины с самовозбуждением, которые не требовали внешнего источника электроэнергии. Чтобы понять, как работают эти устройства, мы изменим конфигурацию генератора Ван де Граафа, как показано на рис. 3-38а, поместив проводящие сегменты на изолирующую ленту. Вместо распыления заряда мы помещаем электрод под напряжение V по отношению к нижнему проводящему шкиву, чтобы на подвижных сегментах индуцировался заряд противоположной полярности. Когда сегменты съезжают со шкива, они несут с собой свой заряд. Пока что это устройство похоже на генератор Ван де Граафа, использующий индуцированный заряд, а не распыленный заряд, и описывается той же эквивалентной схемой, где источник тока теперь зависит от емкости C _i между индуцирующим электродом и сегментированным электроды, как на рис. 3-38b.
Рисунок 3-38 Модифицированный генератор Ван де Граафа как электростатическая индукционная машина. (а) Здесь заряды индуцируются на сегментированной ленте с изолированными проводниками, когда лента проходит вблизи электрода под напряжением В . (b) Теперь источник тока, питающий эквивалентную схему конденсатора, зависит от емкости C _i между электродом и ремнем.
Первые исследователи ловко разместили рядом другую индукционную машину, как показано на рис. 3-39а. Вместо того, чтобы применять источник напряжения, потому что его еще не изобрели, они электрически соединили купол каждой машины с индукторным электродом другой. Индуцированный заряд на одной машине был пропорционален напряжению на другом куполе. Хотя напряжение не подается, любой дисбаланс заряда на электроде индуктора из-за случайного шума или паразитного заряда будет индуцировать противоположный заряд на движущейся сегментированной ленте, которая переносит этот заряд к куполу, часть которого появляется на другом электроде индуктора, где происходит процесс. повторяется с зарядом противоположной полярности. Чистый эффект заключается в том, что заряд исходного индуктора увеличился.
Более количественно, мы используем пару эквивалентных схем на рис. 3-39b для получения связанных уравнений
\[-nC_{i}v_{1} = C \frac{dv_{2}}{dt}, \ : \: \: \: -nC_{i}v_{2} = C \frac{dv_{1}}{dt} \nonumber \]
где n — количество сегментов в секунду, проходящих через купол . Все напряжения относятся к нижним шкивам, которые электрически соединены друг с другом. Поскольку эти
Рис. 3-39 (a) Пара соединенных машин электростатической индукции с самовозбуждением генерируют собственное индуцирующее напряжение. (b) Система описывается двумя простыми связанными цепями. 9{-(nC_{i}/C)t} \nonumber \]
где A ₁ и A ₂ определяются из начальных условий.
Отрицательный корень (4) представляет собой неинтересные затухающие решения, в то время как положительный корень имеет решения, неограниченно растущие со временем. Вот почему машина самовозбуждается. Любое начальное возмущение напряжения, каким бы малым оно ни было, неограниченно возрастает до тех пор, пока не будет достигнут электрический пробой. Используя репрезентативные значения n = 10, C _i = 2 пф и C = 10 пф, имеем $s = \pm 2$, так что постоянная времени нарастания напряжения составляет около полсекунды. .
Рисунок 3-39b.
Первые ученые-электрики использовали не сегментированный ремень, а проводящие диски, встроенные в изолирующее колесо, которое можно было вращать вручную, как показано для машины Вимшерста на рис. 3-40а. Они использовали экспоненциально растущее напряжение для зарядки конденсатора, называемого лейденской банкой (ученые из Лейдена, Голландия), которая представляла собой стеклянную бутылку, покрытую серебром внутри и снаружи, чтобы образовать два электрода со стеклом в качестве диэлектрика.
Аналогичное динамо с каплями воды было изобретено лордом Кельвином (в то время сэром У. Томсоном) в 1861 году, в котором вращающиеся диски были заменены падающими каплями воды, как на рис. 3-40b. Все эти устройства описываются связанными эквивалентными схемами на рис. 3-39b.
3-10-3 Самовозбуждающиеся трехфазные переменные напряжения
В 1967 году Эйэрле* модифицировал оригинальную динамо-машину Кельвина, добавив третий поток капель воды, чтобы генерировались трехфазные переменные напряжения. Аналогичная трехфазная машина Вимшерста изображена на рис. 3-41а с эквивалентными схемами на рис. 3-41б. Действуя так же, как в (2) и (3), 9{st} \end{matrix} \nonumber \]
уравнение (6) можно переписать как
\[ \left[ \begin{matrix} nC_{i} & C_{s} & 0 \\ 0 & nC_ {i} & C_{s} \\ C_{s} & 0 & nC_{i} \end{matrix} \right] \left[ \begin{matrix} \hat{\textrm{V}}_{1} \\ \hat{\textrm{V}}_{2} \\ \hat{\textrm{V}}_{3} \end{matrix} \right] = 0 \nonumber \]
Рисунок 3-41 ( а) Трехфазная машина Вимшерста с самовозбуждением. (b) Связанная эквивалентная схема действительна для любой из рассмотренных аналогичных машин. 9{j(\pi/3)(2r-1)}, \: \: \: r = 1, 2, 3 \\ \Rightarrow s_{1} = — \frac{nC_{i}}{C} \ \ s_{2,3} = \frac{nC_{i}}{2C}[1 \pm \sqrt{3}j] \nonumber \]
, где мы поняли, что (- 1) ^1/3 имеет три корня в комплексной плоскости. Первый корень представляет собой экспоненциально убывающее решение, а два других являются комплексно-сопряженными, где положительная действительная часть означает экспоненциальный рост со временем, а мнимая часть дает частоту колебаний. У нас есть трехфазный генератор с самовозбуждением, так как каждое напряжение для неустойчивых режимов на 120° отличается по фазе от других: 9{\pm j(2/3) \pi} \nonumber \]
Используя наши более ранние типичные значения, следующие из (5), мы видим, что частоты колебаний очень низкие, $f = (1/2 \pi)\ ) Im( с ) \(\приблизительно$ 0,28 Гц.
* W C. Euerle, «Новый метод генерации многофазной энергии», M.S. Диссертация, Массачусетский технологический институт, 1967. См. также J.R. Melcher, Electric Fields and Moving Media, IEEE Trans. Образование E-17 (1974), стр. 100-110, и одноименный фильм, выпущенный для Национального комитета по электротехнике Фильмы Центром развития образования, 39Chapel St., Newton, Mass. 02160.
3-10-4 Многочастотные генераторы с самовозбуждением
Если у нас есть N таких генераторов, как на рис. первая, k -я эквивалентная схема дает
\[-nC_{i} \hat{\textrm{V}}_{k} = Cs \hat{\textrm{V}}_{k + 1} \nonumber \]
Это линейное уравнение разности постоянных коэффициентов. Аналогично экспоненциальным временным решениям в (3), справедливым для линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами, решения (10) имеют вид 9{-j2 \pi r/N}, \: \: \: \: r=1,2,…,N \nonumber \]
Мы видим, что для N =2 и N = 3 мы восстанавливаем результаты (4) и (8). Все корни с положительной действительной частью s неустойчивы, и напряжения самопроизвольно нарастают во времени с частотами колебаний $\omega_{0}$, заданными мнимой частью s .
Генераторы электростатические: Электростатические генераторы: история статического электричества