|
Wimshurstgenerator En wimshurstgenerator, wimshurstmaskin eller Wimshursts influensmaskin är en elektrostatisk generator av den typ som kallas "influensmaskin" och som används för att alstra högspänning. Den konstruerades av den engelske uppfinnaren James Wimshurst. Historia och användning.jpg) Wimshurstgeneratorn tillhör den typ elektrostatiska generatorer som kallas "influensmaskiner" och som fungerar genom att separera laddningar meddelst elektrostatisk induktion ("influens"). Tidiga apparater av denna typ konstruerades av, bland andra, Wilhelm Holtz (1865 och 1867), August Toepler (1865) och J. Robert Voss (1880). Dessa tidigare apparater är dock mindre effektiva, känsligare för hög luftfuktighet[1] och de flesta av dem kan spontant skifta polaritet.[2] Wimshurst började intressera sig för influensmaskiner runt 1880 och konstruerade själv flera av de då kända typerna i sin verkstad, vilket resulterade i en förbättrad variant av Holtz' apparat, den så kallade Holtz-Wimshurst-generatorn (eller Wimshurst-Holtz-maskinen).[3][4] Via en version med trummor 1882[5], var han i januari 1883[6] klar med den konstruktion med två skivor som vi idag känner som wimshurstgenerator, wimshurstmaskin eller ofta, rätt och slätt, influensmaskin.[3] Influensmaskinernas fråmsta användningsområde var att generera högspänning till röntgenrör och elektroterapi, bland annat för behandling av cancer.[7][8][9] Wimshurstgeneratorerna, ofta flera sammankopplade och inbyggda i lufttäta skåp med torkmedel[10], är dock sedan länge föråldrade som högspänningskällor och ses numera bara på museer och fysiklektioner. Uppbyggnad.jpg) En wimshurstgenerator består av tre "huvuddelar":
På demonstrationsexemplar är också en rörlig stav med en kula i änden förbunden med vardera kollektorn och mellan dessa sker de urladdningar man vill demonstrera. Om apparaten skall, exempelvis, driva ett röntgenrör eller ett gasurladdningsrör kopplar man såklart in detta i stället för att ladda ur apparaten via kulorna. Kulorna används också för att kortsluta apparaten efter bruk, något man inte skall glömma att göra! Funktion.jpg) Apparaten på figuren till höger är ritad som två trummor (eller ringar) i stället för skivor, men det spelar ingen roll för funktionen - däremot ökar åskådligheten. Låt oss nu följa ett metallbands väg. Vi väljer ett på den inre trumman (denna roterar medurs) som just passerat den vänstra, positivt laddade, kollektorn. Där lämnade den av sin överskottsladdning (d.v.s. tog upp elektroner från kollektorn) så att den nu har en lite lägre positiv laddning än tidigare (laddningen är såklart inte noll eftersom kollektorn ju är positiv och metallbandet kan ju inte få lägre potential än spetsarna på kollektorkammen), så figuren är lite missvisande här. Den når nu fram till neutralisatorn vid n1. Här är den omgiven av väldigt mycket positiva laddningar på den yttre trumman (i viss mån neutraliseras dessa av de negativa laddningarna hos de metallband som ligger före på den inre trumman och som nyss laddats, men en del av dessa motverkas i sin tur till viss del av de något svagare positiva laddningarna på banden som kommer efter och även av kollektorn). Eftersom neutalisatorn nu även är i kontakt med det diametralt motsatta bandet på den inre trumman (vid n2) som är omgivet av mycket negativa laddningar, kommer det att gå en ström från n1 till n2 (det vill säga att det rusar elektroner från n2 till n1). När bandet nu blivit kraftigt negativt laddat fortsätter det sin färd mot den högra negativt laddade kollektorn för att lämna av en del av sina elektroner och under vägen bidrar den till den negativa potential som får den yttre trummans band att laddas positivt vid n3. Förutsatt att avståndet mellan trummorna (eller skivorna) och avstånden mellan metallbanden inte är för stora är de omgivande laddningarna vid neutralisatorerna tillsammans så starka att metallbanden får en allt högre laddning vid varje passage, vilket leder till att de hela tiden kan avge laddning till de allt starkare laddade kollektorerna.[12] På grund av att det alltid finns en liten initial skillnad i laddningsfördelning är wimshurstgeneratorn självstartande. Det är dock slumpartat vilken kollektor som blir negativ och vilken som blir positiv. Om man vill styra upp vilken kollektor som får vilken laddning kan man hålla en laddad ebonitstav (som ju blir negativt laddad om man gnider den med ett kattskinn) nära ena änden på en neutralisator när man vevar igång apparaten; den kollektor som ligger närmast denna neutralisatorände blir då negativt laddad. Ett förklarande tankeexperimentAntag att vi har två uppsättningar (A och B) av n stycken uppladdningsbara föremål, "plattor", och att vi genom att arrangera de n plattorna i A kan inducera en kraftigare laddning (med motsatt tecken såklart) än vad varje enskild platta i A har i en (tillfälligt jordad) platta från B om vi närmar den till gruppen A (så att om varje platta i A har laddningen +1 kommer den platta från B vi tagit med oss att få en lite högre laddning med motsatt tecken: -(1+c) när vi jordar den). Låt oss därför som utgångsläge ge alla plattorna i A laddningen +1, ta de n plattorna i B och "bära bort" dem en och en till A och jorda dem tillfälligt, så att de var och en ges den högre laddningen -(1+c). Nu arrangerar vi alla plattorna i B på samma sätt och förfar likadant med alla plattorna i A, varvid dessa var och en får den nya högre laddningen +(1+c)2. När vi upprepar detta förfarande får vi först att plattorna i B får laddningen -(1+c)3, därefter får alla plattorna i A laddningen +(1+c)4, etcetera. Vi ser att laddningen ökar exponetiellt med antalet omgångar (det vill säga med tiden). RiskerDe flesta wimshurstgeneratorer är försedda med så små leidenflaskor att den genererade strömstyrkan inte skall vara livsfarlig, men en urladdning är nog så obehaglig och kan orsaka brännskador. Det finns också en risk för antändning av brännbara gaser.[14][15] Urladdningarna producerar dessutom ozon och kväveoxider (NOx) från luftens syre- och kvävemolekyler.[16] ReferenserNoter
Källor
Externa länkar
|
Portal di Ensiklopedia Dunia
