Электрофорный Генератор

Узнайте больше правды об Электрофорном генераторе Вимшурста

Электрофорный Генератор  или Машина Вимшурста, названа так в честь британского инженера James Wimshurst (1832-1903), и является ископаемым времен начала электротехники. Ее развитие практически остановилось при внедрении электромагнитных генераторов. Сегодня они используются только лишь для демонстрации электростатики. Таким образом потеряно много информации о них.

Принцип действия

 Электрофорная машина  двойного вращения состоит из двух встречно вращающихся дисков (H). На обоих дисках находятся проводящие сегменты (B), которые изолированы друг от друга. Две обкладки с обоих сторон дисков вместе образуют по одному конденсатору. Из-за этого ее еще иногда называют - конденсаторной машиной.
На каждом диске находятся также по Нейтрализатор'у (M), который отводит заряд щетками с  двух противоположных сегментов диска на землю.
С левой и правой стороны дисков находятся коллекторы (
S). В них поступают сгенерированные  заряды снятые гребенками с краев как переднего, так и заднего диска. В большинстве случаев заряды собираются в конденсаторы, такие как например Лейденская банка для произведения более сильных искр.


Принцип действия Электрофорной машины - использование на обоих дисках способа взаимного усиления. Только применением секторов на дисках вообще будет возможно достичь эффекта. Имеются также модели, которые работают с чистыми дисками, однако они выдают также не такие высокие напряжения.  Когда диски покрыты плоскими обкладками она состоит в принципе из многих конденсаторов, которые образуются двумя противоположными секторами поэтому расстояние между дисками пожалуй имеет существенное значение. Во время вращения обкладки конденсатора раздвигаются , вследствие чего неодноименные носители заряда разносятся на все большее  расстояние друг относительно  друга, что эквивалентно повышению напряжения. На дисках электрофорной машины заряды с противоположной полярностью всегда  текут в противоположных направлениях. При этом Нейтрализаторы имеют решающее значение определять нулевой потенциал.

Дополнительно см. Такие же эффекты влияния у электроскопа Elektroskop .

Возможность усовершенствования

        Наибольшие продажи этой машины -как учебное пособие.

Предложенные Электрофорные машины не сделаны оптимально. Много деталей изготовлено  таким же образом как и в старых машинах, и едва ли кто-нибудь особо разбирался в их правильном применении. Таким образом они ошибочно используются в большинстве случаев или даже вредны.

Контроль щеток и коллектора
Обязательно после покупки машины: Щетки должны быть мягки и скользить с незначительным сопротивлением трения по сегментах. Если  щетки из меди будут установлены часто, они будут разрушать сегменты, производить высокое трение, которое приведет к образованию дыр. Рекомендуется, применить щетки от «серебряного дождика»  (Внимание! более новые типы изготовлены из пластмассы с односторонне напыленным алюминием. Они стираются быстро и затем полоски становятся изолятором) Можно заменить их алюминиевой фольги. Если они используют только немного полос, максимально 10 штук. Здесь не текут высокие токи. Некоторые щетки в готовых машинах походят больше на шлейфконтакты.
Тот, кто хочет довести машину до идеала, тот может установить в неё несколько  кистей Antistatik от лазерного принтера или копировального аппарата. Такая  кисть  могла  в большинстве случаев быть применена из волокон угля или закопченной
 пластмассы, которые хорошо проводят электричество. Также подойдут волокна угля.

Коллекторы не должны касаться сегментов в машинах с двумя противоположными дисками. Они являются самовозбуждающими, а  напряжение так высоко, что возможен съем без прикосновения.  В большинстве случаев здесь также пригодны и щетки. Но они могут быть заменены единственной проволокой (1,5 мм ² монтажный провод), конец которого заточен на конце. Округленные съемники напряжения без заостренных вершин не годятся. По меньшей мере необходима заостренная вершина. Гребень с несколькими вершинами-зубчиками еще лучше.

Правильная установка нейтрализаторов

Положение Нейтрализаторов должно быть в машине при направлением вращения рукоятки по часовой стрелке всегда слева сверху справа внизу, безразлично с какой стороны смотреть на машину. Они должны своевременно отводить не перехваченные коллекторами заряды, прежде чем те могут попасть к другому коллекторному электроду. 

Мало кто знает, что положением нейтрализаторов можно устанавливать выходное напряжение машины. Положение нейтрализаторов говорит о том, как далеко заряды могут быть разнесены друг от друга, и каким высоким может стать напряжение. Если дуги расположены таким образом как на этой картине - круто, так что они почти касаются приводных ремней, машина настроена на высокое выходное напряжение при незначительном токе. Для достижения большой ширины пробойного промежутка нужно выбирать эту установку.

Если дуги ставятся напротив почти паралленьно электродам коллектора, то машина устанавливается на высокий выходной ток. Эта установка рекомендуется для большинства экспериментов таких, например, как с электростатическими моторами с дисковыми elektrostatischen Scheiben и  цилиндрическими Walzenläufer роторами, в  которых речь не идет об искровом разряде.
На практике все более маленькие потери на коронный разряд
происходят в вершинах гребенок съема напряжения (происходящие например из-за частиц пыли) или когда слишком мало съемных электродов . Вследствие этого постоянно исчезает заряд. Если машина настроена на  высокое выходное напряжение, то может случаться иногда, что она не может выдавать достаточный ток, чтобы покрывать затраты. Искровой разрядный промежуток опять уменьшается. Таким образом в установке нейтрализаторов должен быть найден компромисс.

Далее,  степень эффективности машины может увеличиваться вводом высокоомных сопротивлений в Нейтрализатор. При внесении значительного высокоомного сопротивления в нейтрализатор машина не сможет достичь высокого КПД. Здесь мог бы находится ключ к функционированию Testatika  который может быть в том, что  Нейтрализатор вместе с другими элементами переводят энергию не в сопротивление, а используют ее для движения дисков.

Определение полярности 

При таких высоких напряжениях отрицательный и положительный полюса имеют совершенно различные качества. Так как никакой из обоих электродов подключенных к коллекторам  не заземлен, в распоряжени имеются обе полярности. После накапливания машиой заряда не определено какой электрод имеет какую полярность, поэтому она должна всегда  проверяться. 
Устанавливают испытываемый электрод как на этой картине далеко от другого, чтобы искра пробила в стержень другого электрода. Если будет слышим слабый шипящий звук, с едва видной искрой, нижний электрод -  отрицателен. Если же, постоянно проскакивают искры, то этот электрод положителен. Заявление для этого различного поведения зависит от того, что носители заряда, теснятся на отрицательном электроде, в то время как на положительном едва имеются заряды. На отрицательном электроде поэтому гораздо раньше образуется коронный разряд
, чем на положительном.
Полярность может устанавливаться согласно здесь описанного опыта также совершенно легко  неонкой
 Glimmlämpchen или с несколько более дорогостоящей Электрополевой мельницей Feldmühle

Это поведение(отношение) выражается в сверх этого совершенно противоположным световом эффекте для полярностей. Для него, как было признано, несколько умеренную картину, электрофорная машина запускалась с выключенными конденсаторами. В электроде положительного полюса видно явление, которое похоже на плазменный шар с многими отдельными нитями, которые могут быть длиной до 10 см. Тем не менее, световой эффект так слаб, что его можно наьлюдать  только в полностью затемненном помещении. Для фотографии нужна была выдержка длительностью в  4sec., поэтому отдельные нити тянущиеся к светящей области, вышли конечно нерезко.

Это видео показывает разряд на положительном полюсе но на самом деле несколько не полностью. В действительности отдельные нити структурированы гораздо тоньше и убегают во всех направлениях, образуя освещенный шар. Свечение нитей просто слишком слабо, чтобы снимать их камерой. Даже глаз нуждается в нескольких минутах привыкания в темноте, чтобы регистрировать этот слабый свет.

Подводя электроды ближе становятся  отчетливо видны различия в типе световых эффектов похожими как в трубке Гейслера Geißlerröhre, но при нормальном атмосферном давлении. В положительном полюсе (справа) видны многие веерные нити, которые, к сожалению, не возможно видеть на фотографии. Интересно, что там где  маленький световой эффект, там отрицательный полюс (слева). Его можно узнать только по отдельный освещенной пункт(точку) на электроде шара, который излучает короткую однако светлую нить. Можно было бы сделать заключение  из того, что при собирании электронов положительным полюсом гораздо большая энергия на много большем пространстве осуществляется. Это могло бы быть принципом Свободной энергии, которая имеется в наличии в электростатике и используется в Testatika.

Если поставить горящую  свечу между электродами, то по направлению отклонения пламени свечи также можно  установить где положительный полюс (справа) и где отрицательный полюс (слева). Это совершенно похожее явление как и в трубке Гейслера Geißlerröhre которое дает ошибочное впечатление, что ток течет от плюса к минусу, из чего такая техническая трактовка направления тока и возникла. (Еще помоему во времена Ампера, и от него же/ MSN ) Однако, это явление просто зависит от того, что положительные носители заряда, имеют как ионизированные молекулы воздуха, намного более крупную массу, чем сами электроны.
Можно также использовать этот световой эффект для того, чтобы устанавливать полярность напряжения, прежде всего, на секторах диска. Кроме того заземленным электродом приближают к секторам и наблюдают световые эффекты за этим электродом. Нужно обращать внимание, на то чтобы он показывал всегда противоположную полярность. Если нго приближают к отрицательному полюсу, то возникают на электроде подобные пучку разряды, которые указывают на положительный полюс. Поэтому противоположная сторона заряжена соответственно отрицательно.

Альтернативно сверх этого определять полярность можно также  стиропоровым шаром, как при опыте чашкой Фарадея Faradaybecher с источниками высокого напряжения известной полярности, как, например, с строчным трансформатором Zeilentrafo,и испытывать методом заряда с известного одноименного электрода, затем регистрировать  соответственно притяжение к неодноимено заряженныму электроду электрофорной машины. Таким образом определеная полярность сохраняется как правило на более длительное время. Даже если электроды замыкются накоротко, после дальнейшего разгона они имеют снова ту же полярность, и так до тех пор пока на дисках имеются в наличии достаточное количество носителей заряда. Только если машина долгое время стоит, диски потеряют заряд , и при новом запуске полярность может изменится.
Если необходимо изменить полярность уже возбужденной машины, то это можно сделать посредством присоединения источников высокого напряжения, как, например, на базе строчного трансформатора
Zeilentrafo. Напряжение прикладывается на несколько секунд в желаемой полярности к электродам машины и затем начинают вращать диски. Вследствие этого заряды на всех сегментах распределяются в заявленной полярности. Иногда можно  слышать, что  выходное напряжение  затем  восстанавливается.

Правильный выбор электродов

Крайне важно, какие электроды у Вас применяются. Попытайтесь произвести однажды из проволоки на месте шарообразного электрода искру. Это почти невозможно а даже если и возможно, то, только с крайне коротким искровым промежутком. Коронного разряда нужно избегать в любом случае.
Величина электродов должна правильно выбираться также исходя из установленных различий для полюсов. Поэтому отрицательный разрядный электрод должен был быть больше, чем положительный. На картинке с установкой  
Einstellung auf hohe Spannung правым электродом является отрицательным. Если это не учитывать, то пропадает большой заряд возникает коронный разряд и напряжение может быть не так высоко. Если оба электрода выбираются одинаковыми, то таким образом разрядный промежуток также уменьшается, так как

поджиг не начинается положительным электродом

Такое  поведение- это причина, почему старые машины используют всегда эти странные двойные шары в качестве  электродов.. Если правый электрод находится, например, в таком положении как на этой картинке и является отрицательным, то он устанавливается высоко и положительный приближается к ней снизу. Вследствие этого используется только нижняя часть-большой шар, отрицательного электрода. Можно прекрасно видеть как искра попадает в большой шар.

Данные двойных шаров

Диаметр большого шара:

20mm

Диаметр малого шара:

11mm

Расстояние между шарами:

5mm

При соблюдении всех указанных условий ширина искрового промежутка этой машины смогла удвоиться. Ранее она выдавала максимум 5 см. Справильным положением дуги и шаром величиной 20 мм в отрицательном полюсе и шаром величиной 15 мм в положительном полюсе ширина ударного промежутка составляет теперь более 10 см.

В первой части видео видна искра длиной около 10 см в. Линейка за электродами ставилась, чтобы задокументировать длину. Максимальной длины искры при этом однако достичь невозможно, потому что  появляютсяться коронные разряды  и токи утечки в линейке. Во второй части видео линейка удалялась поэтому можно  видеть еще несколько более длинную искру.

Расчет мощности 

Непосредственные измерения в электрофорной машине почти невозможны так как если мы нагрузим ее внутренним сопротивлением прибора измеряющего напряжение сразу исчезает заряд и совсем не сможет вырабатываться высокое напряжение. Можно использовать для измерения мощности,  только электроскоп Elektroskop или Электрополевую мельницу Feldmühle .
На практике рекомендуется, определять напряжение разрядного промежутка, сверх этого см. программу расчета пробивного напряжения искрового промежутка для шара для генераторе Кельвина
Kelvingenerator.
Также можно мерить,  обычными микроамперметром (
µA)  ток короткого замыкания. Если померить также и емкость конденсаторов, можно затем арифметически вычислить мощность.

Ток короткого замыкани:

2µA

Конденсаторы:

2x180pF (в итоге = 90pF)

Разрядный промежуток (пробойный):

5cm (= 66,4kV)

Кол-во пробоев:

Один в секунду

С помощью таблицы  расстояний Tabelle für die Kugelfunkenstrecke получают 66,4 кВ для 5 см разрядного промежутка. Вместе с тем сначала может действительно рассчитываться произведенный ток при номинальном напряжении, который равен в общем току короткого замыкания.
Конденсаторы должны полностью зарядится за время между двумя пробоями, из этого рассчитывают ток:
:

Конденсаторы собирают количество энергии между пробоями:

При одном разряде в секунду рассчитываем мощность:

Совсем большая электрофорная машина с 30 см диаметром диска, производит относительно скромную мощность - около 200 МВт. Тем не менее при простом принципе действия - размер выходного напряжения достаточно впечатляющий.

Реверсирование электрофорной машины

В электрофорной машине заложен также и принцип мотора, т.е она обратима . Если две аналогичные машины подключить друг к другу, и если одну вращать - она будет вырабатывать  напряжением  а другая вращаться. В машине - моторе трение должно быть уменьшено так как только  возможно. Кисточки должны скользить очень легко по сегментам, а приводные ремни нужно снять. В машине-моторе могут быть  сделаны следующие наблюдения:

В техническом развитии электростатические машины остались позади магнитных. Сегодня никто даже не тратит мысли о том чтобы реализовать экономичный электростатический мотор. Электрофорная машина рассматривается только лишь как игрушка для занятий физикой. Однако, как раз в  электростатике и может быть скрыт ключ к Свободной энергии, и Testatika явно указывает нам на это.

Оригинальный материал: http://www.hcrs.at/INFLUENZ.HTM 

перевод: MSN