Wimshurst मशीन, एक सनकी की बारी करने के लिए धन्यवाद एक उच्च वोल्टेज, कम amperage विद्युत स्थैतिक जनरेटर, शुल्क की जुदाई से स्थैतिक बिजली उत्पादन में सक्षम है। दूसरी ओर, वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले जनरेटर जैसे कि बैटरी, अल्टरनेटर और डायनामोस, बल्कि इलेक्ट्रोमोटिव बल के स्रोत हैं, जिससे एक बंद सर्किट में चार्ज के आंदोलनों का कारण बनता है।
Wimshurst मशीन ब्रिटिश इंजीनियर और आविष्कारक James Wimshurst (1832-1903) द्वारा 1880 और 1883 के बीच विकसित की गई थी, जो अन्य आविष्कारकों द्वारा प्रस्तावित इलेक्ट्रोस्टैटिक जनरेटर के संस्करणों में सुधार कर रही थी।
विम्शुर्स्ट मशीन। स्रोत: एंडी डिंगले (स्कैनर)
यह अपने विश्वसनीय, प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य संचालन और सरल निर्माण के लिए पिछले इलेक्ट्रोस्टैटिक मशीनों के ऊपर खड़ा है, 90,000 और 100,000 वोल्ट के बीच एक चौंका देने वाला संभावित अंतर उत्पन्न करने में सक्षम है।
Wimshurst मशीन भागों
मशीन का आधार दो विशिष्ट इन्सुलेट सामग्री डिस्क हैं, जिसमें पतली धातु की चादरें जुड़ी हुई हैं और रेडियल क्षेत्रों के रूप में व्यवस्थित हैं।
प्रत्येक धातु क्षेत्र में एक और विषम और विपरीत सममित है। डिस्क आमतौर पर 30 से 40 सेमी व्यास के होते हैं, लेकिन वे बहुत बड़े भी हो सकते हैं।
दोनों डिस्क एक ऊर्ध्वाधर विमान में घुड़सवार होती हैं और 1 से 5 मिमी के बीच की दूरी से अलग होती हैं। यह महत्वपूर्ण है कि डिस्क कताई के दौरान कभी स्पर्श न करें। डिस्क को एक चरखी तंत्र के माध्यम से विपरीत दिशाओं में घुमाया जाता है।
Wimshurst मशीन में प्रत्येक डिस्क के घूर्णन के समांतर दो मेटल बार होते हैं: एक पहली डिस्क के बाहर की ओर और दूसरा दूसरी डिस्क के बाहर की ओर। ये बार एक दूसरे के संबंध में एक कोण पर प्रतिच्छेद करते हैं।
प्रत्येक पट्टी के सिरों में धातु के ब्रश होते हैं जो प्रत्येक डिस्क पर धातु क्षेत्रों का विरोध करते हुए संपर्क बनाते हैं। अच्छे कारण के लिए उन्हें तटस्थ बार के रूप में जाना जाता है, जिस पर शीघ्र ही चर्चा की जाएगी।
ब्रश इलेक्ट्रिकल (मेटालिक) में रखते हैं, डिस्क के क्षेत्र से संपर्क करते हैं जो बार के एक छोर को छूता है, इस क्षेत्र के व्यास के विपरीत। यही बात दूसरे एल्बम पर भी होती है।
त्रिकोणीय प्रभाव
डिस्क के ब्रश और सेक्टर अलग-अलग धातुओं से बने होते हैं, लगभग हमेशा तांबा या कांस्य, जबकि डिस्क के ब्लेड एल्यूमीनियम से बने होते हैं।
डिस्क के घूमने और बाद में अलग होने के दौरान उनके बीच का क्षणभंगुर संपर्क, आसंजन के माध्यम से आवेशों के आदान-प्रदान की संभावना बनाता है। यह ट्राइबोइलेक्ट्रिक प्रभाव है, जो एम्बर के एक टुकड़े और एक ऊनी कपड़े के बीच भी हो सकता है, उदाहरण के लिए।
यू-आकार के धातु कलेक्टरों (कंघों) की एक जोड़ी को धातु की युक्तियों या स्पाइक्स के साथ मशीन में जोड़ा जाता है, जो विपरीत स्थिति में स्थित हैं।
दोनों डिस्क के क्षेत्र इसे छूने के बिना कलेक्टर यू के आंतरिक भाग से गुजरते हैं। कलेक्टरों को एक इन्सुलेट बेस पर रखा जाता है और यह दो अन्य धातु की पट्टियों से जुड़े होते हैं, जो कि गोले में समाप्त होते हैं, पास होते हैं लेकिन स्पर्श भी नहीं करते हैं।
जब क्रैंक के माध्यम से मशीन को यांत्रिक ऊर्जा की आपूर्ति की जाती है, तो ब्रश का घर्षण चार्ज को अलग करने वाले ट्राइबोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उत्पादन करता है, जिसके बाद पहले से अलग किए गए इलेक्ट्रॉनों को कलेक्टरों द्वारा पकड़ लिया जाता है और दो उपकरणों में संग्रहीत किया जाता है जिसे बोतल कहा जाता है लिदेन।
लेडेन बोतल या जग बेलनाकार धातु फ्रेम के साथ एक कंडेनसर है। प्रत्येक बोतल केंद्रीय प्लेट द्वारा दूसरे से जुड़ी होती है, जिससे श्रृंखला में दो कैपेसिटर बनते हैं।
क्रैंक को चालू करने से गोले के बीच विद्युत क्षमता में इतना अधिक अंतर पैदा होता है कि उनके बीच की हवा आयनित हो जाती है और एक स्पार्क कूदता है। पूरा उपकरण ऊपर की छवि में देखा जा सकता है।
विम्शुर्स्ट मशीन में, बिजली पदार्थ से निकलती है, जो परमाणुओं से बनी होती है। और ये बदले में विद्युत आवेशों से बने होते हैं: नकारात्मक इलेक्ट्रॉन और सकारात्मक प्रोटॉन।
परमाणु में धनात्मक आवेशित प्रोटॉन को केंद्र या नाभिक में और उसके नाभिक के चारों ओर नकारात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉनों में पैक किया जाता है।
जब कोई सामग्री अपने सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉनों को खो देती है, तो यह सकारात्मक रूप से चार्ज हो जाता है। इसके विपरीत, यदि आप कुछ इलेक्ट्रॉनों को पकड़ते हैं, तो आपको शुद्ध ऋणात्मक आवेश मिलता है। जब प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों की संख्या बराबर होती है, तो सामग्री तटस्थ होती है।
इन्सुलेट सामग्री में, इलेक्ट्रॉन अपने नाभिक के आसपास रहते हैं, बहुत दूर तक भटकने की क्षमता के बिना। लेकिन धातुओं में नाभिक एक दूसरे के इतने करीब होते हैं कि सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉन (या वैलेंस) एक परमाणु से दूसरे तक जा सकते हैं, प्रवाहकीय सामग्री में घूम सकते हैं।
यदि एक नकारात्मक चार्ज की गई वस्तु धातु की प्लेट के चेहरों में से एक के पास जाती है, तो धातु के इलेक्ट्रॉनों को इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण द्वारा दूर किया जाता है, इस मामले में विपरीत चेहरे पर। कहा जाता है कि यह प्लेट ध्रुवीकृत हो गई थी।
अब, यदि यह ध्रुवीकृत प्लेट एक कंडक्टर (तटस्थ सलाखों) द्वारा इसके नकारात्मक पक्ष से दूसरी प्लेट से जुड़ी है, तो इलेक्ट्रॉन इस दूसरी प्लेट में चले जाएंगे। यदि कनेक्शन अचानक कट जाता है, तो दूसरी प्लेट को नकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है।
लोड और भंडारण चक्र
बूट करने के लिए Wimshurst मशीन के लिए, डिस्क पर धातु क्षेत्रों में से एक में लोड असंतुलन होना चाहिए। यह स्वाभाविक रूप से और अक्सर होता है, खासकर जब थोड़ी नमी होती है।
जब डिस्क घूमने लगती है, तो एक ऐसा समय आएगा जब विपरीत डिस्क का एक तटस्थ क्षेत्र लोडेड सेक्टर का विरोध करता है। यह उस पर ब्रश के लिए बराबर परिमाण और विपरीत दिशा का एक आरोप लगाता है, क्योंकि इलेक्ट्रॉनों का सामना करना पड़ता है या सेक्टर के सामने के संकेत के अनुसार होता है।
विमशुरस्ट मशीन की योजना। स्रोत: रॉबर्टकुहलमन
यू-आकार के कलेक्टर चार्ज को इकट्ठा करने के लिए जिम्मेदार हैं जब डिस्क एक-दूसरे को पीछे हटाते हैं, क्योंकि वे एक ही संकेत के आरोपों के साथ चार्ज किए जाते हैं, जैसा कि आकृति में दिखाया गया है, और स्टोर ने कहा कि लियेन बोतलों में चार्ज उनसे जुड़ा हुआ है।
इसे प्राप्त करने के लिए, यू का आंतरिक हिस्सा कंघी जैसी चोटियों को प्रत्येक डिस्क के बाहरी चेहरों की ओर निर्देशित करता है, लेकिन उन्हें छूने के बिना। विचार यह है कि सकारात्मक चार्ज युक्तियों पर केंद्रित होता है, जिससे कि क्षेत्रों से निष्कासित इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित किया जाता है और बोतलों की केंद्रीय प्लेट में जमा होता है।
इस तरह कलेक्टर का सामना करने वाला क्षेत्र अपने सभी इलेक्ट्रॉनों को खो देता है और तटस्थ रहता है, जबकि लेडेन की केंद्रीय प्लेट नकारात्मक रूप से चार्ज होती है।
विपरीत कलेक्टर में विपरीत होता है, कलेक्टर सकारात्मक प्लेट में इलेक्ट्रॉनों को वितरित करता है जो इसे बेअसर हो जाता है और प्रक्रिया को लगातार दोहराया जाता है।
अनुप्रयोग और प्रयोग
Wimshurst मशीन का मुख्य अनुप्रयोग प्रत्येक संकेत से बिजली प्राप्त करना है। लेकिन इसका नुकसान यह है कि यह एक अनियमित वोल्टेज की आपूर्ति करता है, क्योंकि यह यांत्रिक सक्रियता पर निर्भर करता है।
न्यूट्रलाइज़र सलाखों के कोण उच्च आउटपुट वर्तमान या उच्च आउटपुट वोल्टेज सेट करने के लिए विविध हो सकते हैं। यदि न्यूट्रलाइज़र कलेक्टरों से बहुत दूर हैं, तो मशीन एक उच्च वोल्टेज (100 केवी से अधिक तक) बचाता है।
दूसरी ओर, यदि वे कलेक्टरों के करीब हैं, तो आउटपुट वोल्टेज कम हो जाता है और आउटपुट करंट बढ़ जाता है, और सामान्य घूर्णी गति से 10 माइक्रोग्राम तक पहुंच सकता है।
जब संचित चार्ज एक उच्च पर्याप्त मूल्य पर पहुंचता है तो लेडेन की केंद्रीय प्लेटों से जुड़े गोले में एक उच्च विद्युत क्षेत्र का उत्पादन होता है।
यह क्षेत्र हवा को आयनित करता है और चिंगारी पैदा करता है, बोतलों का निर्वहन करता है और एक नए आवेश चक्र को जन्म देता है।
प्रयोग १
इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र के प्रभाव को गोले के बीच कार्डबोर्ड की एक शीट रखकर और देखा जा सकता है कि स्पार्क्स इसमें छेद बनाते हैं।
प्रयोग २
इस प्रयोग के लिए आपको आवश्यकता होगी: एल्यूमीनियम फ़ॉइल और दो एल-आकार की धातु की चादरों से ढँकी पिंग पोंग बॉल से बना एक पेंडुलम।
एक इन्सुलेट तार के माध्यम से गेंद को दो शीटों के बीच में लटका दिया जाता है। प्रत्येक शीट क्लैंप के साथ केबलों द्वारा विमशुरस्ट मशीन के इलेक्ट्रोड से जुड़ा हुआ है।
जैसा कि क्रैंक चालू होता है, शुरू में तटस्थ गेंद ब्लेड के बीच दोलन करेगी। उनमें से एक में नकारात्मक चार्ज की अधिकता होगी जो गेंद को जन्म देगी, जो सकारात्मक शीट द्वारा आकर्षित होगी।
गेंद इस शीट पर अपने अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों को जमा करेगी, इसे संक्षिप्त रूप से बेअसर किया जाएगा और जब तक क्रैंक चालू करना होगा तब तक चक्र खुद को दोहराएगा।
संदर्भ
- डी क्विरोज़, ए। इलेक्ट्रोस्टैटिक मशीनें। से पुनर्प्राप्त: coe.ufrj.br
- गैकनोविक, मीको। 2010. इलेक्ट्रोस्टैटिक अनुप्रयोग सिद्धांत। से पुनर्प्राप्त: orbus.be