Le générateur ou électrophore de Wimshurst est un dispositif électrostatique à induction conçu comme une source continue d'énergie électrique. Au 21e siècle, il est utilisé comme technique auxiliaire pour démontrer des expériences physiques liées à divers effets et phénomènes électriques.
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Un peu d'histoire de l'invention
En 1865, le physicien expérimental allemand August Tepler a développé les dessins définitifs de la machine à électrophore. Dans le même temps, la deuxième découverte indépendante d'une telle unité a été faite par le scientifique allemand Wilhelm Holz. La principale différence de l'appareil était la capacité d'obtenir une plus grande puissance et une différence de potentiel. Holtz est considéré comme le créateur d'une source de courant électrique continu.
La conception initiale simple de la machine à électrophore a été améliorée en 1883 par James Wimshurst d'Angleterre.Sa modification est utilisée dans tous les laboratoires de physique pour une démonstration visuelle des expériences.
La conception de la machine à électrophore
2 disques coaxiaux tournent l'un contre l'autre, tout en portant les condensateurs les plus simples issus des secteurs de l'aluminium. En raison de processus aléatoires, au moment primaire, une charge se forme sur le site de l'un des segments. Le phénomène est causé par le processus de frottement contre l'air. En raison de la symétrie de la conception, il est impossible de prédire le signe final à l'avance.
La conception utilise 2 bocaux Leyden. Ils créent un système unique à partir de condensateurs connectés en série. Cela a pour effet de doubler les exigences de tension de fonctionnement dans chaque réservoir. Il est nécessaire de sélectionner les mêmes calibres, c'est la clé d'une répartition uniforme de la tension de fonctionnement.
Les neutraliseurs inductifs sont conçus pour soulager la tension. L'ensemble de la structure ressemble à un peigne métallique planant à une certaine distance au-dessus du disque. Les deux disques avec des signes équivalents de la surface extérieure arrivent au point de retrait de charge. Les neutralisants sont jumelés. Après déchargement, la charge des segments est fortement réduite. Dans d'autres conceptions, la brosse entre facilement en contact avec le bord du disque.
L'opérateur, utilisant la puissance de l'entraînement électrique ou sa propre main, rapproche de force les éléments répulsifs du système. Les charges qui interagissent les unes avec les autres tentent de s'installer le plus possible. Le processus contribue à une forte augmentation de la densité de charge de surface à tous les points d'élimination.
L'électricité est collectée dans des bocaux Leiden à partir des crêtes des neutralisants. Il y a une augmentation rapide de la tension.Un éclateur fixé à 2 électrodes permet d'éviter une défaillance du système. Il est possible d'obtenir un arc de force différente en ajustant la distance entre eux. Il existe une relation : plus l'intensité du champ entre les 2 éclateurs est forte, plus l'effet sonore accompagne le processus de vidange des bocaux de Leiden.
Les segments restent vides au-delà du point de retrait de charge. En aval, des égaliseurs ou neutraliseurs de potentiel sont installés selon le principe de fonctionnement. Chaque face opposée du disque a déjà chargé différentes brosses. Au moment du passage par le point de ramassage et après celui-ci, les signes de charge résiduelle sont différents.
Un morceau de fil de cuivre épais avec des brosses des fils les plus fins planant à faible hauteur ou frottant des segments contribue à la fermeture de ces contraires. Le résultat - les charges sur les deux segments sont égales à zéro, toute l'énergie est convertie selon la loi Joule-Lenz en chaleur générée sur le noyau de cuivre épaissi.
Quelles sont les banques de Leiden
Le premier condensateur électrique créé par les scientifiques néerlandais Pieter van Muschenbroek était un pot de Leyde. Le condensateur inventé a la forme d'un cylindre à col large ou moyen de différents diamètres. La jarre Leyden est en verre. De l'intérieur et de l'extérieur, il est collé avec une feuille d'étain spéciale. Le produit est recouvert d'un couvercle en bois. La fonction principale de l'invention est l'accumulation et le stockage de charges importantes.
La création d'une telle banque a été stimulée par une vaste étude de l'électricité, de la vitesse générale de sa distribution, ainsi que des propriétés de conductivité électrique de divers matériaux. Grâce à elle, il a été possible pour la première fois de produire artificiellement une étincelle électrique.Désormais, les canettes Leiden ne sont utilisées que comme partie intégrante des machines à électrophores.
Quel est le principe de fonctionnement de la machine à électrophore
De la force de l'opérateur, l'énergie est prise pour changer les signes. Déjà entre les égaliseurs et les balais, les disques se déplacent avec une répulsion mutuelle les uns vers les autres. Le nombre de tours par minute joue un rôle. Densité de charge accrue. La charge la plus forte des disques opposés pousse les résidus à travers les longueurs de fil de cuivre. De là découle l'énergie suffisante pour changer de signe.
En augmentant la densité de surface, la charge est retirée de l'appareil. À un seul point, des réserves d'énergie sont constituées dans la banque de Leiden, un autre endroit sert à changer de signe. Les neutraliseurs d'induction n'ont pratiquement aucune différence. Ils remplissent tous deux une fonction commune de neutralisation de l'énergie. Schéma général :
- Il existe 2 types de condensateurs dans la conception : les banques Leiden où la charge s'accumule, et une combinaison d'un segment des deux disques avec un diélectrique et une doublure en aluminium.
- Il existe 2 types de neutralisants qui réduisent la charge des segments en aluminium. Le premier sert à changer de signe ou de polarisation, le second à charger la bouteille de Leyde.
Toute l'énergie ne vient pas du frottement de l'aluminium et du cuivre ou de l'électrification de l'air. Il est créé en remplissant de force les condensateurs avec la force de torsion du disque. Tous les processus sont effectués en raison d'une forte augmentation de la densité de charge de surface aux points d'élimination.
Application de la machine électrophore
A partir des années 70. la machine de Wimshurst n'est pas utilisée pour la production directe d'énergie électrique.Aujourd'hui, il s'agit d'une exposition historique illustrant l'histoire de l'émergence et du développement du progrès scientifique et technologique et de l'ingénierie. Une démonstration en laboratoire, pour laquelle une machine à électrophore est créée, montre les différents phénomènes et effets de l'électricité.
Il est acceptable d'utiliser des neutraliseurs d'induction, éliminant les charges des diélectriques liquides, tels que l'huile. Il est dangereux d'avoir une étincelle dans l'air dans n'importe quelle production, cela peut entraîner des conséquences désastreuses, de la fumée et même une explosion.
L'histoire des découvertes et des recherches dans le domaine de l'électricité est étroitement liée à l'utilisation de diverses structures et dispositifs pour obtenir des charges électriques. La machine à électrophore a joué son rôle dans la recherche scientifique dont l'action est basée sur l'excitation de l'électricité due à l'induction.
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