Maszyna elektroforetyczna Goltza

Historyczny okres najbardziej aktywnych badań eksperymentalnych w dziedzinie zjawisk elektrycznych wiąże się z pojawieniem się pierwszego maszyny elektrostatyczne, którego działanie umożliwiło uzyskanie energii elektrycznej dzięki wykonaniu pracy mechanicznej.

Praca mechaniczna polegała na obracaniu się pewnych części maszyny, w którym pokonywane były siły przyciągania (przeciwne) i odpychania (o tej samej nazwie) ładunków elektrycznych, które występowały na naelektryzowanych elementach maszyny.

Eksperymenty z takimi maszynami przyczyniły się do lepszego zrozumienia przez ówczesnych badaczy samej natury elektryczności i zasad oddziaływań elektrycznych.

Stworzenie pierwszej elektrostatycznej maszyny ciernej historycy przypisują niemieckiemu naukowcowi Otto von Gerike, który w 1650 roku po raz pierwszy stworzył takie urządzenie. Była to maszyna, której działanie opierało się na znanym już wówczas zjawisku elektryzowania się ciał przez tarcie. Maszyny cierne mają jednak istotną wadę — ich działanie wymaga przyłożenia dużych sił mechanicznych.

W przeciwieństwie do maszyn ciernych stworzonych później maszyny elektroforyczne (indukcyjne). pozbawione były tej wady, bowiem dla uzyskania energii elektrycznej nie potrzebowały bezpośredniego kontaktu części naelektryzowanych z induktorem (z częścią która spowodowała elektryzowanie).

Tak więc pierwszą maszynę elektroforyczną, czyli maszynę elektrostatyczną, która nie wymaga wzajemnego tarcia swoich części do uzyskania elektryfikacji, zbudował w 1865 roku niemiecki fizyk Augusta Teplera… Wynalazca był zdania, że ​​to właśnie maszyny elektroforetyczne umożliwią wydajną produkcję energii elektrycznej poprzez konwersję energii mechanicznej.

W tym czasie niemiecki fizyk Wilhelm Goltz (niemiecki Holtz), niezależnie od Toeplera, zaprojektował prostszą i wydajniejszą maszynę elektroforetyczną, która wytwarzała dużą różnicę potencjałów i mogła nawet służyć jako źródło prądu stałego do oświetlenia. Maszyny Goltza stały się pierwszymi maszynami elektroforetycznymi, które pojawiły się w salach lekcyjnych instytucji edukacyjnych.

Główne części maszyny Goltza — dwa szklane krążki i metalowe grzebienie przeznaczone do usuwania ładunku. Jeden z dysków jest nieruchomy, a drugi może się obracać. Dyski są zamontowane na wspólnej osi. Na jednym z eksponatów muzealnych nieruchoma tarcza ma średnicę 100 cm, a obracająca się 94 cm.

Nieruchoma tarcza spoczywa na płycie ebonitowej i jest podtrzymywana w pozycji pionowej przez ebonitowe kręgi na podstawkach izolacyjnych. Okna są wycinane na nieruchomym dysku, na odwrocie którego są przyklejane niekompletne sektory papieru zwane ramkami.

Ramki zakończone są papierowymi językami, których przednie ostre krawędzie skierowane są w stronę ruchomego dysku i są lekko zakrzywione.Krążki, ramki i języki pokryte są gumilakiem (substancja żywiczna).

Mosiężne grzebienie są zamontowane wzdłuż poziomej średnicy ruchomej tarczy, z przodu, po każdej jej stronie. Grzebienie te są połączone z odpowiednimi mosiężnymi drutami, na końcach których znajdują się przewodzące kulki, przez które przechodzą mosiężne pręty, zakończone kulkami od wewnątrz, z drewnianymi (izolacyjnymi) uchwytami na zewnątrz. Kije można przesuwać, rozsuwając lub przybliżając kulki.

Słoiki lejdejskie (z płytkami wewnętrznymi) można podłączyć do przewodów, których płytki zewnętrzne są połączone ze sobą drutem. Dwa mosiężne słupki z przodu maszyny służą do podłączenia przewodów; kule można oprzeć o te słupki, po prostu przechylając druty.

Przednia tarcza jest wprawiana w ruch obrotowy za pomocą napędu pasowego i układu rolek połączonych z uchwytem, ​​za pomocą którego eksperymentator uruchamia ten mechanizm. Jednak przed rozpoczęciem pracy z maszyną konieczne jest naelektryzowanie sektorów papieru (ramek) przeciwstawnymi ładunkami (będziemy je oznaczać jako p + i p-).

Ramki te, naładowane dzięki zjawisku indukcji elektrostatycznej, będą oddziaływać na obracający się dysk, a dysk z kolei na grzebienie O i O'.

Gdy dysk się obraca, ramka (w oknie F) z ładunkiem p + spowoduje (indukuje) ładunek ujemny z tyłu obracającego się dysku m, a ładunek tego samego znaku zostanie przyciągnięty do grzbietu O, ponownie z powodu na zjawisko indukcji elektrostatycznej. Część krążka m' otrzyma ładunek ujemny z grzebienia O, a sam grzebień O wraz z przewodnikiem C i kulką r będzie zatem naładowany dodatnio.

Tak więc tarcza jest naelektryzowana ujemnie z obu stron (w miejscach m i m'), a przewód po lewej stronie samochodu jest dodatni. Dysk nadal się obraca i teraz części jego powierzchni m i m „docierają do okna F” znajdującego się na nieruchomym dysku po prawej stronie.

Wpływ zamontowanej tu zębatki z ładunkiem ujemnym p jest wzmacniany przez powierzchnię m', co oznacza, że ​​z grzbietu O' do dysku będzie przyciągany ładunek dodatni. W związku z tym zarówno drut C', jak i kulka r' będą naładowane ujemnie. Powierzchnia m otrzymuje ładunek dodatni przyciągany przez grzbiet. Dysk nadal się obraca i cykl się powtarza.

Generatory elektrostatyczne są uważane za najstarsze źródła napięcia elektrycznego: Jak działają i działają generatory elektrostatyczne