Электрофорная машина: Электрофорная машина. Устройство и работа. Особенности

Электрофорная машина. Устройство и работа. Особенности

Электрофорная машина или генератор Вимшурста – это электростатический прибор индукционного типа, по сути являющийся источником электроэнергии. В XXI веке эти устройства в основном применяются в качестве демонстрационной техники, используемой при проведении физических опытов. С их помощью легко объясняется суть различных электрических эффектов, а также выясняются причины их проявления.

Прибор назван по имени британского инженера Джеймса Вимшурста, который изобрел его «на заре» становления электротехники. Развитие новой для того времени идеи практически остановилось к моменту появления более совершенных генерирующих устройств.

Генератор Вимшурста имеет богатое историческое прошлое, начало которого относят к середине 19 века. В то время немецкий физик Август Теплер разработал проект создания так называемая «электрофорная машина», являющейся логическим продолжением идеи Вимшурста.

Примерно в то же время немецкий естествоиспытатель В. Хольц изобрел агрегат, по внешнему виду и конструкции чем-то схожий с этим прибором. Особенность созданной им машины состояла в большей величине заряда, накапливаемого в лейденских банках. Благодаря этому изобретению ученый из Германии стал считаться родоначальником и создателем целой серии приборов для получения постоянного тока.

Позднее сравнительно простая электрофорная машина В. Хольца была усовершенствована Д. Уимсхерстом из Великобритании. Созданная им модификация до сих пор используется в физических лабораториях с целью наглядной демонстрации электростатических эффектов, а также для проведения самых различных опытов.

Электрофорная машина содержит следующие обязательные составляющие:

• Пара дисков с размещенными на них алюминиевыми сегментами.
• Проводящие элементы конструкции, используемые для съема зарядов.
• Основание или стойка, на которой закрепляются диски.
• Лейденские банки в количестве 2-х штук и связанные с ними разрядные шары.

При работе устройства диски с размещенными на них секторами из алюминия, выполняющими функцию конденсаторов, вращаются в противоположных направлениях. Из-за хаотичных электрических процессов, регулярно происходящих в атмосфере, на одном или на нескольких сегментах всегда присутствует микроскопический заряд. Обычно он появляется вследствие трения конденсаторных обкладок о воздух.

Из-за особенностей конструкции электрофорной машины заранее предсказать знак начального электростатического заряда на каждом из дисков практически невозможно.

Используемые в конструкции Лейденские банки набираются из последовательно соединенных конденсаторов, что позволяет получить практически любую суммарную емкость. При их сборке особое внимание обращается на то, чтобы номиналы электролитов были абсолютно одинаковыми (с минимальным отличием). При нарушении этого требования напряжение на каждой из секций будет отличаться, что приведет к нарушениям в работе накопительной системы.

Съемники заряда в этом устройстве представлены оригинальными по своей конструкции индукционными нейтрализаторами. Они изготовлены в виде тонкой металлической пластинки с разрезанными краями (типа гребенки). При монтаже прибора эти элементы располагаются близко к поверхности диска, не касаясь ее.

Существуют конструкции, в которых щетки съемника слегка соприкасаются с краями сегментов. Для каждого диска с разной полярностью заряда делается отдельный съемник, то есть нейтрализаторы получаются спаренными.

Порядок работы агрегата описывается следующей последовательностью действий:

• Оператор вручную или с помощью электрического двигателя приводит во вращательное движение оба диска системы, генерирующей электричество.
• За счет небольшого начального заряда и сил трения о воздух в них формируются электрические поля противоположной полярности.
• При этом в Лейденских банках, содержащих электролитические конденсаторы, накапливаются разноименные заряды с повышенной плотностью распределения.
• В момент, когда величина разницы потенциалов достигает предельного значения – в промежутке между электродами (шарами) проскакивает мощная искра.

В зависимости от конструкции разрядников и их формы удается получить разряды самой различной силы. Этот показатель может произвольно задаваться оператором, который сближает или раздвигает электроды разрядного механизма.

В свое время была замечена взаимосвязь между напряженностью поля вблизи от шаров и скоростью разряда банок Лейдена (чем она выше – тем быстрее они разряжаются). Позднее это наблюдение позволило сформулировать несколько полезных установок, касающихся искровых процессов, происходящих в воздушной среде.

Понять, как электрофорная машина формирует заряды противоположной полярности, поможет ознакомление со следующими моментами:

• Разность электрических потенциалов в основном образуются в нем не за счет сил трения, а в результате повышения поверхностной плотности зарядов на сегментах диска.
• Конструкцией этого агрегата предусмотрено наличие двух типов конденсаторов.
• Первая разновидность представлена Лейденскими банками, выполняющими функцию накопителя заряда.
• Вторая – это сегменты каждого из 2-х дисков, по своему устройству напоминающие конденсаторные элементы с алюминиевыми обкладками.

Кроме того, в этом агрегате имеется две разновидности нейтрализаторов, основное назначение которых – управление всей системой накопления электричества. Первый из этих элементов предназначен для снятия зарядов с сегментов дисков (вращающихся конденсаторов), а второй – для их поляризации.

После рассмотренных особенностей конструкции становится понятно, как электрофорная машина обеспечивает получение полярных зарядов. Электрическая энергия образуется в нем путем принудительной «накачки» конденсаторов усилиями оператора. Нужный результат достигается за счет резкого повышения поверхностной плотности зарядов в точках съема.

Основу агрегата составляют два диска, для изготовления которых в домашних условиях потребуется качественный диэлектрический материал (акрил, эбонит и т. п.). При сборке они вертикально насаживаются на опору с осевыми подшипниками и могут свободно вращаться в противоположных направлениях (один по часовой стрелке, другой – против ее движения).

Для вращения дисков потребуется рукоятка в виде изогнутого стального стержня с деревянной ручкой, обозначенная (1). В качестве элементов передачи усилия от рабочей оси в данной конструкции используются приводные ремни (два шкива). Плоскость одного из них в системе привода перевернута на 180 градусов.

За счет такого приема удается получить разнонаправленное вращение основных рабочих частей агрегата, обеспечивающее индукцию зарядов. Оба диска раскручиваются одной рукояткой, что гарантирует синхронность их работы.

На наружные плоскости наклеиваются вырезанные из алюминия полоски (4), не доходящие до краев диска примерно на 0,5 см. Они располагаются радиально, то есть в виде исходящих из центра лучей. На обоих дисках следует предусмотреть одинаковое количество и идентичное расположение наклеиваемых полосок (они должны быть зеркальным отражением один другого).

В качестве элементов конструкции для снятия заряда используются щетки (5), с которых он переносится по проводникам (6, 7, 8 и 9) в Лейденские банки.

В процессе эксплуатации машины Вимшурста алюминиевые полоски в месте контакта со щетками постепенно изнашиваются, после чего они не обеспечивают эффективного стекания заряда. Свести этот износ к минимуму поможет наличие зазора между съемником и плоскостью дисков, а также постоянный контроль состояния контактов в месте подключения гибких проводников (6 и 7).

Проводники изготавливаются из кусков гибкой изолированной медной проволоки. С их помощью соединяются группы разных по полярности алюминиевых полосок, закрепленных на дисках. Проводники (8 и 9) обеспечивают получение своеобразной «земли» или точки нулевого потенциала. За счет нее и образуется рабочее напряжение, представляющее собой разность потенциалов на обкладках конденсаторов банок Лейдена.

Сначала генератор Вимшурста применялся как агрегат, с помощью которого удается получать электрический ток небольшой величины. К концу 19 века электрофорная машина перестала использоваться для практических целей, поскольку были изобретены более мощные э/м генераторы. Сегодня эти конструктивно и морально устаревшие устройства хоть и редко, но применяются в качестве индукционных нейтрализаторов зарядов на поверхности жидких диэлектриков.

Примером могут служить запасы нефти, перевозимые по железным дорогам или накапливающиеся в резервуарах хранилищ. Однако использование электрофорных машин для этих целей возможно лишь при строгом соблюдении требований пожарной безопасности, согласно которым необходимо полностью исключить возможность искрообразования.

Похожие темы:

• Генератор Ван де Граафа. Работа и применение. Особенности
• Искровой разряд. Виды и свойства. Применение и особенности
• Виды статического электричества. Возникновение и удаление статики
• Эффект Бифельда-Брауна. Работа и применение. Особенности
• Эффект Зеебека. Работа и применение. Особенности и устройство
• Защита от статического электричества. Возникновение и действие
• Катушка Тесла. Устройство и виды. Работа и применение
• Наведенное напряжение. Причины возникновения и опасность
• Трибоэлектрический эффект. Принцип действия и особенности
• Электричество. Электрический ток. Электростанции
• Генератор Маркса. Работа и применение. Особенности
• Генератор Тестатика. Устройство и работа. Особенности
• Пироэлектричество. Появление и применение. Особенности
• Электризация тел. Виды и свойства. Применение и особенности
• Замбониев столб. Устройство и применение. Особенности

Электрофорная машина | это… Что такое Электрофорная машина?

Электрофорная машина

Электрофо́рная маши́на (генератор Уимшерста (Вимшурста) (англ. Wimshurst)) — демонстрационный вспомогательный прибор по теме «электричество». Использует явление электростатической индукции, при этом на полюсах машины (лейденских банках) накапливаются электрические заряды, разность потенциалов на разрядниках достигает нескольких сотен тысяч вольт.

Описание работы

Схема электрофорной машины Вимшурста

Машина состоит из двух соосных дисков (А и В) из изолирующего материала, на которые нанесены проводящие сегменты (см. схему). Диски приводятся во встречное вращение с равной угловой скоростью. Предположим, что сегмент A1 вначале несёт небольшой избыточный положительный заряд, а сегмент B1 — отрицательный. Когда A1 движется влево, а B1 — вправо, их потенциалы растут за счёт работы, выполняемой против силы их электростатического притяжения.

Когда A1 достигает положения напротив сегмента B2 пластины B, который в этот момент контактирует со щёткой Y, он будет под высоким положительным потенциалом и, таким образом, вызовет разделение заряда в проводнике, соединяющем Y и Y1, перенеся большой отрицательный заряд на B2 и большой положительный заряд на удалённый сегмент, которого в этот момент касается щётка Y1.

Двигаясь дальше, A1 касается щётки Z и частично разряжается во внешнюю цепь (нагрузкой может быть, например, лейденская банка). При последующем вращении дисков, А1 касается щётки X, которая связана проводником со щёткой X1, и снова получает заряд, на этот раз отрицательный, который отталкивается отрицательно заряженным сегментом B2 (находящимся в этот момент напротив сегмента на диске А, контактирующего со щёткой X1). Таким образом, положительный заряд переносится справа налево верхней частью диска А, а отрицательный слева направо его нижней частью.

Схема работы электрофорной машины. Секторы представлены движущимися квадратами, контактные щётки — стрелками. Красным цветом обозначен положительный заряд, зелёным — отрицательный.

История

Электрофорная машина была создана в 1865 немецким физиком-экспериментатором Августом Тёплером (англ.). Одновременно с Тёплером и независимо от него электрофорную машину изобрёл другой немецкий физик Вильгельм Гольц (англ. ) (1836—1913). Машина Гольца по сравнению с машиной Тёплера позволяла получать большую разность потенциалов и могла использоваться в качестве источника постоянного электрического тока. В то же время она имела более простую конструкцию^[1]. Между 1880 и 1883 годом её усовершенствовал английский изобретатель Джеймс Вимшурст. Используемые в настоящее время для демонстраций электрофорные машины представляют собой модификации машины Вимшурста.

См. также

• Генератор Ван де Граафа

Примечания

1. ↑ Электрофорная машина Гольца [1]

Ссылки

• Электрофорная машина (учебный видеоролик)

Электрофорез | Ремонт научного оборудования

Все инструменты отремонтированы и включают 90-дневную гарантию на детали и работу.

1–9 из 13 вещи на продажу в электрофорезе

Просмотреть больше > Страница 1 из 2

• Эппендорф

  62111-480 Мультипораторная система электропорации

  Сочетает гипоосмолярную буферную систему с электронным регулированием импульсов в микросекундном диапазоне для обеспечения оптимальной скорости трансфекции во время трансфекции эукариот, версия 62111-480 является базовым устройством только для электропорации эукариотических клеток, обеспечивает многократное импульсное воздействие от 1 до 99 импульсов с минутным интервалом, напряжение импульсов 20-1200, постоянная времени 15-500 мкс с шагом 5 мкс, экспоненциально убывающая форма импульса, 100-240В, 50/60Гц.

  *Версия 62111-480 не оснащена режимами электропорации бактерий и дрожжей или слияния клеток.

  Подробнее >

  Посмотреть все оборудование для продажи в Электрофорез

  Идентификатор листинга 4066

  2000 долларов США

• ВВР

  Блок питания для электрофореза AccuPower, модель 300

  Идеально подходит для большинства SDS-PAGE, ДНК/РНК подводных лодок, импульсного поля и небольших блоттинга, имеет светодиодное считывание, автоматический переход от напряжения к току, диапазон выходного напряжения 10–300 В, диапазон тока 5–500 мА, входное напряжение 120 В, 60Гц, 3А.

  Подробнее >

  Посмотреть все оборудование для продажи в Электрофорез

  Идентификатор листинга 3084

  Запрос цены

• Лазурные биосистемы

  Система биоаналитической визуализации c500

  Система визуализации c500 предлагает высокоэффективную визуализацию для широкого спектра применений, включая ближний инфракрасный (БИК), хемилюминесцентный, синий свет, белый свет и ультрафиолетовое излучение (УФ), оснащена 8-мегапиксельной охлаждаемой камерой формирования изображения, УФ-просветом 302 нм/365 нм. , моторизованная фокусирующая линза, вывод изображения в формате 16 бит Tiff/Jpeg, автоматический рабочий процесс обработки изображений на основе выбора приложения, система управляется через встроенный планшетный ПК с сенсорным экраном и установленным программным обеспечением Azure cSeries Capture, 100–240 В, 50/60 Гц, 2 А.

  Подробнее >

  Посмотреть все оборудование для продажи в Электрофорез

  Идентификатор листинга 4654

  $23 000

• Лабнет

  Программируемый источник питания Enduro 250 В

  Диапазон выходного напряжения 5–250 В/1 В/шаг, диапазон выходного тока 10–3000 мА/10 мА/шаг, диапазон выходной мощности 1–300 Вт/1 Вт/шаг, режимы постоянного напряжения/тока/мощности , от 1 мин до 99 ч 59 мин или непрерывный таймер, 10 шагов на программу и память на 20 программ, 115–230 В.

  Подробнее >

  Посмотреть все оборудование для продажи в Электрофорез

  Идентификатор листинга 4046

  $180

• Био-Рад

  GelDoc XR+ Система документирования фотографий гелей

  GelDoc XR+ — это система документирования гелей с высоким разрешением, которая позволяет быстро и легко проводить количественный анализ различных гелей нуклеиновых кислот, белковых гелей и блотов, включает камеру USB CCD, моторизованный зум объектив с программно управляемой автофокусировкой, универсальная темная бленда II со встроенной эпи-подсветкой белым светом и УФ-просветом, 2-позиционная ручная смена фильтра со стандартным фильтром из янтарного/бромистого этидия (548-630 нм), поставляется с опциональным преобразованием просвечивания в белый свет экран и дополнительный экран XcitaBlue UV/blue, также поставляются с компьютером под управлением Windows 10 с установленным программным обеспечением ImageLab v.

  6.1, монитором, клавиатурой и мышью, 100–230 В, 50/60 Гц.

  Подробнее >

  Посмотреть все оборудование для продажи в Электрофорез

  Идентификатор листинга 4604

  Запрос цены

• EC Apparatus Corporation

  Блок питания для электрофореза, модель 103

  Блок питания для электрофореза, максимальный выход 250 В, максимальный ток 300 мА, 115 В переменного тока, 50/60 Гц, 50 Вт.

  Подробнее >

  Посмотреть все оборудование для продажи в Электрофорез

  Идентификатор листинга 3160

  180 долларов

• Thermo, Fisher, VWR, EC Apparatus Corp., BRL

  Блок питания для электрофореза, модель 105

  Легкий и компактный, выходное напряжение 250/150 В, выходной ток 300/5800 мА, выходная мощность 75 Вт, вход 115 В, 50/60 Гц.

  Подробнее >

  Посмотреть все оборудование для продажи в Электрофорез

  Идентификатор листинга 3082

  200 долларов США

• Ли-Кор

  Система визуализации NIR Odyssey CLx 9140

  Обеспечивает четкие цифровые результаты без фоновой флуоресценции, имеет широкий линейный диапазон, двухцветное обнаружение и количественный анализ, высокую чувствительность, точное обнаружение сильных или слабых сигналов и флуоресценцию в ближней инфракрасной области. Система двойного лазерного сканирования с лазерными источниками 685 нм (700 каналов) и 785 нм (800 каналов), кремниевыми лавинными фотодиодами, скоростью сканирования 5–40 см/с, разрешением 21–337 мкм, фокусировкой по оси Z для оптимального обнаружения флуоресценции и наилучшего приема сигнала -коэффициент шума образцов в мембранах, гелях или микропланшетах, поставляется с компьютером Windows 10 с установленным программным обеспечением Li-Cor Image Studio v.2.1, монитором, клавиатурой и мышью, 100-240В, 50/60Гц, 4А.

  Подробнее >

  Посмотреть все оборудование для продажи в Электрофорез

  Идентификатор листинга 4673

  Запрос цены

• Мудрец Наука

  Автоматизированная система препаративного гель-электрофореза Pippin Prep

  Система Pippin Prep упрощает создание библиотек для наиболее популярных платформ NGS, имеет возможность собирать узкие и даже фрагментарные распределения, а также гибкость для сбора широкого диапазона фрагментов с минимальными усилиями.

  целевые размеры или диапазоны размеров вводятся в программное обеспечение, а фракции собираются в буфере, можно анализировать до 5 образцов на кассету с гелем без возможности перекрестного загрязнения, приложения включают секвенирование парных концов, эмПЦР, секвенирование РНК, чип -seq, выделение микроРНК, генотипирование, секвенирование парных пар, постоянное напряжение 100 В или 150 В, оптическое обнаружение возбуждения 535 нм и эмиссии 640 нм, 12 В.

  Подробнее >

  Посмотреть все оборудование для продажи в Электрофорез

  Идентификатор листинга 4167

  Запрос цены

Просмотреть больше > Страница 1 из 2

Производитель оборудования для электрофореза – Cleaver Scientific

Ваши исследования достойны лучшего

Обладая более чем 20-летним опытом разработки и производства продуктов для электрофореза и исследований в области биологических наук

Узнать больше

Мы производим оборудование, которое используется в медико-биологических лабораториях по всему миру.