Mașina electroforetică a lui Goltz

Perioada istorică a celor mai active cercetări experimentale în domeniul fenomenelor electrice este asociată cu apariția primei mașini electrostatice, a cărui acțiune a făcut posibilă obținerea energiei electrice datorită efectuării lucrărilor mecanice.

Munca mecanică a constat în rotirea anumitor părți ale mașinii, în care au fost depășite forțele de atracție (opuse) și de respingere (cu același nume) sarcini electrice, care erau prezente pe elementele electrificate ale mașinii.

Experimentele cu astfel de mașini au contribuit la o mai bună înțelegere de către cercetătorii din acea vreme a naturii însăși a electricității și a principiilor interacțiunilor electrice.

Crearea primei mașini de frecare electrostatică istoricii atribuie savantului german Otto von Gerike, care în 1650 a creat pentru prima dată un astfel de dispozitiv. Era o mașină a cărei muncă se baza pe fenomenul deja cunoscut atunci de electrificare a corpurilor prin frecare. Mașinile de frecare au însă un dezavantaj semnificativ - funcționarea lor necesită aplicarea unor forțe mecanice mari.

Spre deosebire de mașinile de frecare create ulterior mașini electroforice (inducție). au fost lipsiți de acest dezavantaj, deoarece pentru a obține energie electrică nu aveau nevoie de contactul direct al părților electrificate cu inductorul (cu piesa care a provocat electrificarea).

Deci, prima mașină electroforică, adică o mașină electrostatică care nu necesită frecare reciprocă a pieselor sale pentru a obține electrificare, a fost construită în 1865 de un fizician german. August Tepler… Inventatorul a fost de părere că mașinile electroforetice ar permite producerea eficientă a energiei electrice prin conversia energiei mecanice.

La acea vreme, un fizician german Wilhelm Goltz (German Holtz), independent de Toepler, a proiectat o mașină electroforetică mai simplă și mai eficientă care producea o diferență mare de potențial și putea servi chiar și ca sursă de curent continuu pentru iluminare. Mașinile lui Goltz au devenit primele aparate electroforetice apărute în sălile de clasă ale instituțiilor de învățământ.

Principalele părți ale mașinii Goltz — două discuri de sticlă și piepteni metalici concepute pentru a elimina încărcarea. Unul dintre discuri este staționar, iar celălalt se poate roti. Discurile sunt montate pe o axă comună. Într-una dintre exponatele muzeului, discul staționar are 100 cm diametru, în timp ce discul rotativ are 94 cm.

Discul staționar se sprijină pe o placă de ebonită și este susținut în poziție verticală de cercuri de ebonită pe suporturi izolatoare. Ferestrele sunt decupate pe discul staționar, pe spatele căruia sunt lipite sectoare de hârtie incomplete numite rame.

Ramele se termină în limbi de hârtie, ale căror margini ascuțite înainte sunt îndreptate spre discul mobil și sunt ușor curbate.Discurile, ramele și limbile sunt acoperite cu gumilac (substanță rășinoasă).

Pieptenii din alamă sunt montați de-a lungul diametrului orizontal al discului mobil, în față, pe fiecare dintre laturile sale. Acești piepteni sunt legați de fire de alamă corespunzătoare, la capete ale cărora sunt bile conductoare, prin care trec tije de alamă, care se termină în bile la interior, cu mânere din lemn (izolante) la exterior. Bastoanele pot fi mutate depărtând sau mai aproape bilele.

Borcanele Leyden (cu plăci interioare) pot fi conectate la conductorii ale căror plăci exterioare sunt legate între ele printr-un fir. Doi stâlpi din alamă din partea din față a mașinii sunt utilizați pentru a conecta firele; bilele pot fi sprijinite de aceste stâlpi prin simpla înclinare a firelor.

Discul frontal este setat să se rotească prin intermediul unei curea de transmisie și a unui sistem de role conectate la un mâner cu care experimentatorul acţionează acest mecanism. Cu toate acestea, înainte de a începe lucrul cu mașina, este necesară electrizarea sectoarelor de hârtie (rame) cu sarcini opuse (le vom nota p + și p-).

Aceste cadre, care sunt încărcate, din cauza fenomenului de inducție electrostatică, vor acționa asupra discului rotativ, iar discul va acționa la rândul său asupra pieptenilor O și O'.

Pe măsură ce discul se rotește, cadrul (în fereastra F) cu o sarcină p + va provoca (induce) o sarcină negativă pe spatele discului rotativ m și o sarcină de același semn va fi atrasă de creasta O, din nou datorită la fenomenul de inducţie electrostatică. O parte a discului m va primi o sarcină negativă de la pieptene O, iar pieptenul O însuși, împreună cu conductorul său C și bila r, va fi, prin urmare, încărcat pozitiv.

Deci, discul este electrificat negativ pe ambele părți (în locurile m și m'), iar firul din partea stângă a mașinii este pozitiv. Discul continuă să se rotească și acum părți ale suprafeței sale m și m „ating fereastra F” situată pe discul staționar din dreapta.

Influența rack-ului cu o sarcină negativă p instalată aici este amplificată de suprafața m ', ceea ce înseamnă că o sarcină pozitivă va fi atrasă de pe creasta O' către disc. În consecință, atât firul C’ cât și bila r’ vor fi încărcate negativ. Suprafața m primește o sarcină pozitivă atrasă de creastă. Discul continuă să se rotească și ciclul se repetă.

Generatoarele electrostatice sunt considerate cele mai vechi surse de tensiune electrică: Cum funcționează și funcționează generatoarele electrostatice