윔슈스트 머신
Wimshurst machine |
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| 유형 | 정전 발전기 |
|---|---|
| 발명가 | 제임스 윔셔스트 |
| 인셉션 | c. 1880 |
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Wimshurst 영향 기계는 영국의 발명가 James Wimshurst (1832–1903)가 1880년과 1883년 사이에 개발한 고전압을 발생시키는 기계인 정전 발전기입니다.
수직면에 설치된 2개의 커다란 역회전 디스크, 금속 브러시로 교차된 2개의 막대, 2개의 금속 구체에 의해 형성된 스파크 갭이 특징적인 외관을 가지고 있습니다.
묘사
이러한 기계는 인플루언스 머신이라고 불리는 정전 발생기의 종류에 속하며, 이 기계는 작동을 위한 마찰에 의존하지 않고 정전 유도 또는 영향을 통해 전하를 분리합니다.이 클래스의 초기 기계는 빌헬름 홀츠(1865년과 1867년), 아우구스트 토플러(1865년), J.로버트 보스(1880년) 등에 의해 개발되었다.오래된 기계는 효율성이 떨어지고 극성을 전환하는 예측 불가능한 경향을 보이는데 반해 Wimshurst 기계는 결함이 없습니다.
Wimshurst 기계에서는 2개의 절연 디스크와 그 금속 섹터가 교차하는 금속 중화기 바 및 브러시를 통과하여 반대 방향으로 회전합니다.전하의 불균형을 유도, 증폭 및 각 디스크의 표면 근처에 배치된 점을 가진 2쌍의 금속 빗에 의해 수집한다.이러한 수집기는 절연 지지대에 장착되고 출력 단자에 연결됩니다.양의 피드백은 공기의 유전체 파괴 전압에 도달하고 전기 스파크가 갭을 가로질러 점프할 때까지 누적 전하를 기하급수적으로 증가시킵니다.
기계는 이론적으로 자동 시동이 걸리지 않습니다. 즉, 디스크상의 어느 섹터에도 전하가 가해지지 않으면 다른 섹터에 전하를 유도할 수 없습니다.실제로는, 어느 섹터의 잔존 전하라도, 디스크가 회전하기 시작하면 프로세스를 개시하기에 충분합니다.기계는 건조한 환경에서만 만족스럽게 작동합니다.디스크들을 전기장에 맞서 회전시키기 위해서는 기계적인 힘이 필요하며, 기계가 스파크의 전력으로 변환하는 것이 바로 이 에너지입니다.Wimshurst 기계의 정상 상태 출력은 금속 섹터의 면적, 회전 속도 및 초기 전하 분포의 복잡한 기능에 비례하는 직류(비교류) 전류입니다.절연 및 기계의 크기에 따라 도달할 수 있는 최대 출력 전압이 결정됩니다.축적된 스파크 에너지는 고전압에 적합한 초기 유형의 콘덴서인 레이든 병을 추가하여 증설할 수 있으며, 병의 내부 플레이트는 각 출력 단자에 독립적으로 연결되고 병의 외부 플레이트는 상호 연결됩니다.일반적인 Wimshurst 기계에서는 디스크 직경의 약 3분의 1 길이와 수십 마이크로암페어의 스파크가 발생할 수 있습니다.
사용 가능한 전압 이득은 중화기 바 사이의 반대방향 충전 섹터에서의 전하 밀도가 섹터 전체에서 거의 균일하며, 따라서 저전압인 반면, 동일한 충전 섹터에서의 전하 밀도는 컬렉터 빗에 근접하여 섹터 가장자리 부근에 도달하여 결과적으로 고전압 릴라(rela)에서 정점에 이른다는 점을 주목함으로써 이해할 수 있습니다.반대쪽 콜렉터 [citation needed]빗으로 이동합니다.
윔셔스트 기계는 19세기 물리학 연구에 사용되었다.홀츠 기계와 유도 코일이 더 일반적으로 사용되었지만, 20세기 첫 20년 동안 그들은 1세대 크룩스 X선 튜브에 전력을 공급하기 위해 고전압을 생성하는 데 가끔 사용되었다.오늘날 그것들은 과학 박물관과 교육에서 정전기의 원리를 보여주기 위해서만 사용된다.
작동
두 개의 상반된 절연 디스크(일반적으로 유리로 제조됨)에는 다수의 금속 섹터가 부착되어 있습니다.기계에는 4개의 작은 접지 브러시(서로 90°로 축을 전도하는 기계 양쪽에 2개)와 한 쌍의 전하 수집 빗이 제공됩니다.일반적인 Wimshurst 기계에서 브러시를 고정하는 전도축은 서로 수직인 절연 디스크를 통해 볼 수 있다면 "X" 모양을 형성합니다.충전 집전 빗은 일반적으로 수평을 따라 장착되며 전면 및 후면 디스크의 바깥쪽 가장자리와 균일하게 접촉합니다.양쪽에 있는 수집 빗은 보통 각각의 레이든 병에 연결되어 있습니다.
2개의 디스크 중 어느 쪽이든 소량의 충전으로 충전 프로세스를 시작할 수 있습니다.따라서 후면 디스크에 소량의 정전기 전하가 있다고 가정합니다.구체적으로는, 이 전하가 양전하(빨간색)이며, 후면 디스크([A] 하부 체인)가 시계 반대 방향으로 회전한다고 가정합니다(오른쪽에서 왼쪽으로).충전된 섹터(빨간색 정사각형 이동)가 프론트 디스크(중앙 부근 [B] 상부 체인) 옆에 있는 브러시(아래 화살표 선단)의 위치로 회전하면 브러시를 유지하는 도통축([Y-Y1] 상부 수평 검은색 라인)에 전하 편파를 유도하여 부극(녹색) 전하를 근처(Y) 상부 그릴로 끌어당깁니다.n) 즉, 양(빨간색) 전하가 반대쪽(디스크를 가로질러 180도 떨어진 곳)에 누적됩니다([Y1] 위쪽 정사각형은 빨간색이 됩니다).샤프트의 편광 전하가 디스크 B의 가장 가까운 섹터에 부착되어 B[Y]의 음전하가 A의 원래 양전하에 가깝고 B[Y1]의 반대편에 양전하가 발생합니다.하부 체인 중간 부근에서 45° 회전([Z])한 후 다가오는 B([Z] 상부 체인)의 정(빨간색) 전하에 의해 A(하부 체인)의 정(빨간색) 전하가 역류한다.처음 접한 수집 빗([Z] 화살표로 둘러싸인 선에서 삼각형까지)을 통해 양(빨간색) 전하가 섹터를 중립(검은색이 됨)으로 두고 레이든 항아리 음극(녹색 삼각형)에 끌리는 레이든 항아리 양극(빨간색 삼각형)에 축적될 수 있다.스파크(노란색 지그재그)가 레이든 병(빨간색 및 녹색 삼각형)을 방출할 때 충전은 디스크 전체의 주기를 완료합니다.
B가 시계 방향으로 90° 회전하면(왼쪽에서 오른쪽으로) 유도된 전하가 디스크 A 옆에 있는 브러시와 정렬됩니다[X, X1].B의 전하가 A-브러시 샤프트의 반대편광을 유도하여 샤프트의 편광을 디스크로 전달한다.디스크 B는 계속 회전하며 가장 가까운 전하 수집 조합에 의해 전하가 축적됩니다.
디스크 A는 90° 회전하여 전하가 디스크 B[Y, Y1]의 브러시와 일직선이 되도록 하며, 여기서 B 도통축 및 B의 가장 가까운 섹터에서는 위의 두 단락의 설명과 유사하게 반대 전하 편극이 유도된다.
이 과정은 반복되며, A의 각 전하 편광은 B의 편광을 유도하고 A의 편광을 유도한다.인접한 매력적인 섹터의 "영향"은 전도축의 유한 캐패시턴스에 의해 균형을 이룰 때까지 기하급수적으로 큰 전하를 유도합니다.이러한 유도 양전하와 음전하는 모두 빗으로 수집되어 콘덴서와 유사한 전하 저장 장치인 레이든 병을 충전합니다.인접한 섹터에서 반대되는 전하를 분리하는 데 필요한 기계적 에너지는 전기 출력에 에너지원을 제공합니다.
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레퍼런스
- "정전기 발전기의 역사"한스-피터 매스틱 테크닉 알고리즘 언어학자 옴니움 개더럼.
- 데 케이로스, 안토니오 카를로스 M., "윔셔스트 정전 기계"
- Weisstein, Eric W., "Wimshurst Machine"
- 보서트, 프랑수아 "윔셔스트 머신"Lycé Louis Couffignal, Strasbourg. (영어판)
- Charrier Jacques "La machine de Wimshurst."낭트 과학부
외부 링크
- Wimshurst Machine 웹사이트:Wimshurst 머신의 사진과 비디오 클립
- MIT 비디오 데모 및 Wimshurst 머신 설명 (MIT TechTV 물리 데모)
- Wimshurst 머신의 구조성모 물리 데모 사이트
