Ничего не найдено :(
    В гостях у Самоделкина! » Приспособления » Аппараты » Как построить машину Уимшерста на 30 киловольт

    Как построить машину Уимшерста на 30 киловольт


    Электрофорная машина, генератор Уимсхёрста — электростатический генератор, то есть электрическая машина для генерирования высокого напряжения, разработанная британским изобретателем Джеймсом Уимсхёрстом. Использует явление электростатической индукции, при этом на полюсах машины (лейденских банках) накапливаются электрические заряды, разность потенциалов на разрядниках достигает нескольких сотен тысяч вольт. Работает с помощью механической энергии.

    Электростатические машины создают заряды высокого напряжения без привычных катушек из медной проволоки, постоянных магнитов и коммутаторов, которые есть в обычных генераторах. Они сделаны из латуни, стекла и дерева и выглядят скорее механическими, чем электрическими.

    Самое интересное в этих генераторах - это то, что вы можете почувствовать их работу. Когда вы запускаете машину Wimshurst, вы можете слышать, как она потрескивает от энергии, вы чувствуете резкий запах озона и чувствуете, как волосы на руках встают дыбом, когда лейденские банки начинают заряжаться.

    Джеймс Вимшерст изобрел машину Вимшерста в конце 1800-х годов. Это «простой» генератор высокого напряжения, который можно использовать в экспериментах. Он вытеснил другие устройства, такие как машины «Holtz» и «Voss». Это был один из первых способов генерировать высокое напряжение, позволяющее более или менее удобно делать рентгеновские снимки на рубеже веков. Машина Вимшерста была заменена примерно в 1924 году более практичными генераторами, такими как генератор Маркса, который до сих пор используется в лазерных принтерах и телевидении с ЭЛТ.

    Машина Вимшерста состоит из двух дисков, вращающихся в противоположных направлениях, и двух лейденских банок (конденсаторов). Чаще всего он приводится в действие рукояткой, но также может приводиться в действие электродвигателем.
    В этой статье мастер покажет, как он спроектировал и построил машину Вимшерста с нуля.

    Конкретно это устройство генерирует 30 000 вольт (рассчитано с использованием максимального расстояния между искровыми промежутками) и несколько десятков микроампер.

    Инструменты и материалы:
    -Два листа акрила 30Х30 см;
    -Алюминиевая фольга;
    -Ось металлическая;
    -Уплотнительное кольцо;
    -Различный крепеж, винты, гайки;
    -Подшипники;
    -Фанера;
    -Доска;
    -Бронзовый прут;
    -Зажимы "крокодил";
    -Детали от люминесцентных ламп для лейденских банок;
    -3D-принтер;
    -Мультиметр;
    -Паяльник и припой;
    -Шуруповерт;
    -Инструмент для зачистки проводов;
    -Кусачки;
    -Плоскогубцы;
    -Изолента;
    -Линейка;
    -Маркер;

    Шаг первый: принцип работы
    Машину Вимшерста можно использовать в широком спектре экспериментов, от рентгеновских лучей до электронного микроскопа. Вот некоторые конкретные вещи, которые работали от подобного устройства:
    Дымоочиститель для очистки воздуха от остаточного дыма (по-видимому, мастер имеет ввиду ионизатор)
    Когда лазеры были впервые изобретены, они получали питание от машины Вимшерста.
    Рентген аппарат
    В 1930-х годах в Германии первый электронный микроскоп работал на машине Вимшерста.
    Все, что требует очень высокого напряжения, но маленького тока
    В целом, машина Вимшерста безопасна из-за чрезвычайно низких генерируемых токов даже при подключенных лейденских банках. Однако меры предосторожности все же должны быть приняты, поскольку она может легко повредить электронные устройства, расположенные слишком близко.
    Как построить машину Уимшерста на 30 киловольт

    Работает устройство следующим образом.

    Начало: зарядка секторов
    Машина состоит из двух диэлектрических дисков. Каждый диск разделен на сектора. Сектора металлизированы. Диски приводятся во встречное вращение с равной угловой скоростью. Работа начинается с любого сектора, который имеет заряд, то есть у них несбалансированное количество положительного или отрицательного заряда. Допустим, что сектор на передней стороне есть чистый отрицательный заряд.
    Этот отрицательный сектор влияет на сектор, к которому он обращен на противоположном(заднем) диске, отталкивая отрицательный заряд к дальней стороне заднего сектора (поскольку одинаковые заряды отталкиваются) и оставляя ближнюю сторону с положительным зарядом (поскольку разные заряды притягиваются). Этот процесс называется электростатической индукцией. Машину Вимшерста называют "машиной влияния", поскольку заряд в одном секторе влияет на распределение заряда в другом секторе. Несмотря на то, что распределение заряда в заднем секторе находится под влиянием, он все еще имеет отрицательный заряд.



    Нейтрализующий заряд
    Рис.4. показывает, что происходит рядом с задним диском, на который только что воздействовали. На каждом диске имеется нейтрализующий стержень. На каждом конце полосы нейтрализации есть проводник (щетка), который касается секторов по мере их прохождения. Количество секторов четное и стержень касаясь одного сектора, касается противоположного сектора. Таким образом противоположный сектор тоже получает отрицательный заряд.

    На следующем рисунке представлена ситуация сразу после нейтрализации поверхностного заряда на обоих секторах после того, как диски немного повернуты в сторону от щеток. Первый сектор остается с положительным зарядом, поскольку отрицательный заряд только что был снят с него нейтрализующей полосой. Второй сектор только что получил отрицательный заряд от нейтрализующей планки, поэтому он остается заряженным отрицательно.

    Теперь у нас есть 3 заряженных сектора: исходный, с которого началась последовательность событий, первый заряженный сектор и второй заряженный сектор. Затем процесс повторяется на следующих секторах.

    Накопление заряда
    Если посмотреть внимательно, все отрицательно заряженные сектора направляются к левому коллектору, а все положительно заряженные сектора направляются к правому коллектору. Также можно заметить, что секторы, которые только что прошли через любой из коллекторов заряда, получили свой заряд и теперь в целом нейтральны. Так продолжается до тех пор, пока он не достигнет нейтрализующих щеток, где воздействующее и нейтрализующее действие перезарядит их.

    Сбор заряда
    Электроды физически не касаются секторов. Вместо этого они имеют острые края, обращенные к секторам, и между ними есть воздушный зазор. В качестве примера рассмотрим один из коллекторов Отрицательный заряд на секторах отталкивает электроны от острия, оставляя положительный заряд. Электрический заряд имеет тенденцию накапливаться вокруг острых предметов. Сложенный положительный заряд приводит к возникновению сильного электрического поля в зазоре между заряженными секторами и коллекторными гребешками. Это сильное электрическое поле ионизирует молекулы воздуха и делает их проводящими, образуя синевато-пурпурную корону возле острия. Этот проводящий воздух значительно снижает сопротивление, которое обычно имеет воздух. Это приводит к тому, что отрицательный заряд на секторах перескакивает через зазор к коллектору, что снова оставляет сектора нейтральными.
    Тот же процесс происходит на правом коллекторе, только с противоположными зарядами.

    Лейденские банки и искровой разряд
    Остальная часть схемы состоит из разрядника и двух лейденских банок, которые представляют собой два цилиндрических конденсатора, соединенных последовательно. Искровой разрядник также представляет собой конденсатор, хотя и гораздо меньшего размера, чем у лейденских банок. Он также имеет диэлектрик (воздух). Искровой разрядник и цепь лейденских банок параллельны коллекторам. Шунт часто используется для простого подключения и отключения лейденских банок.

    Заряд, собранный с секторов, заряжает лейденские банки и далее переходит на искровой разрядник.






    Шаг второй: диски
    Первоначально мастер использовал два желтых акриловых листа, которые были вырезаны на лазерном резаке. К сожалению, он упустил из виду тот факт, что нужно сделать отверстие по центру. При попытке сделать отверстия они не получились соосно.
    Тогда он сделал два диска из оранжевого акрила.

    Диски имеют диаметр 290 мм. Пять отверстий в центре предназначены для крепления подшипника. На каждом диске крепится 24 сектора из вырезанные из алюминиевой фольги.






    Шаг третий: подшипники
    Держатель подшипника мастер спроектировал и затем напечатал на 3D-принтере. Подшипник устанавливается в держатель и фиксируется термоклеем.






    Ось мастер сделал из пластикового стержня.

    Шаг четвертый: привод
    Для привода мастер напечатал два шкива. Ручку для вращения мастер тоже напечатал.








    Для передачи крутящего момента на валы дисков устанавливаются приводные ремни. Так как нужно, чтобы диски вращались в разные стороны, один из приводных ремней устанавливается "восьмеркой". Т.е. при установке перекручивается.


    Шаг пятый: основание, стойки
    Основание сделано из фанеры. Для стоек использует деревянные бруски.





    Шаг шестой: шпильки, проводники, разрядники
    К основанию крепятся две шпильки на которые будут крепится лейденские банки. В верхней части шпилек крепится медная проволока. Она будет служит проводником.


    Стержни из чистой бронзы изгибаются в виде широкой буквы U. К каждому концу припаяны зажимы типа «крокодил». К крокодилу крепятся щетки, которые должны касаться противоположных секторов диска.
    Как спереди, так и сзади нейтрализующие стержни должны располагаться примерно на 30-45 ° от гребешков коллектора.



    Коллекторы заряда (гребни), сделаны из медной проволоки. Проволока сгибается буквой U. К прямым участкам припаиваются по 12 медных перемычек. Затем перемычки обрезаются немного отступив от края.

    Гребешки крепятся так, чтобы острые штырьки располагались напротив секторов. Гребешки в свою очередь соединяются с медной проволокой, закрепленной на шпильках лейденских банок.



    Шаг седьмой: лейденские банки
    Разрядные электроды состоят из двух бронзовых стержней и колпачковых гаек, которые припаиваются к ним. Гайки нужно отшлифовать и отполировать. При установке нужно сделать между ними зазор примерно 1,2 см.


    Лейденские банки представляют собой два слоя алюминиевой фольги обернутые вокруг секции от люминесцентной лампы (стеклянная колба или трубка). Один слой изнутри, второй снаружи. По сути это конденсатор. Для устройства нужны две Лейденские банки. Одна у него получилась емкостью 0,83 нФ, а вторая 0,76 нФ.

    Наружные фольга банок соединяется медным шунтом.



    Шаг восьмой: устранение неполадок
    Изначально машина выдавала максимум 200В. Внимательно рассмотрев устройство, он понял, что частично утечка была через металлический вал, на котором были установлены диски. Оси касались бронзовые стержни. Сначала он заизолировал стержни, затем заменил ост на диэлектрическую.

    Вторым фактором, влияющим на напряжение было количество гребешков. Он удалил их все, кроме одного.
    Имея только по одному гребешку с каждой стороны токосъемника, площадь будет минимальной, а напряжение - максимальным.

    Мастер доволен работой, а самым главным в этом проекте считает приобретенный опыт.

    Источник (Source)
    Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

    Водяной фильтр для старого пылесоса

    10
    Идея
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    9.5
    Описание
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    10
    Исполнение
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    Итоговая оценка: 9.83 из 10 (голосов: 2 / История оценок)

    Добавить комментарий

    2 комментария
    Иван_Похмельев
    Как построить машину Уимшерста
    генератор Уимсхёрста
    Вимшерст изобрел машину Вимшерста
    Надо бы беднягу Уимсхёрста как-то унифицировать. Или они машинку на троих сообразили?;)
    Гость Александр
    Автору статьи не мешало бы самому разобраться в конструкции, а потом уже пытаться опубликовать статью. Гугл перевод- это не самое лучшее решение. Огромное количество ошибок. Модератору надо было отправить статью на доработку перед публикацией. Учите родной язык!

    Привет, Гость!


    Зарегистрируйтесь

    Или войдите на сайт, если уже зарегистрированы...

    Войти

    Добавьте самоделку

    Добавьте тему

    Онлайн чат

    Опрос
    А Вы знаете, что на сайте оплачиваются отчеты о создании самоделок?

    Последние комментарии

    Все комментарии