Электрофорная машина принцип действия. Электрофорная машина: принцип работы, конструкция и применение в современной науке — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое электрофорная машина. Как она устроена. Каков принцип ее работы. Для чего применяется в наши дни. Можно ли собрать электрофорную машину самостоятельно.

Содержание

История создания электрофорной машины

Электрофорная машина — это устройство для получения высокого электрического напряжения путем электризации трением и электростатической индукции. Первые электрофорные машины появились в середине XVII века.

Ключевые этапы развития электрофорных машин:

1650 г. — немецкий ученый Отто фон Герике создает первую электростатическую машину на основе электризации трением
1865 г. — немецкий физик Август Теплер разрабатывает чертежи усовершенствованной электрофорной машины
1865 г. — Вильгельм Хольц независимо создает свою версию электрофорной машины, позволяющую получать большую разность потенциалов
1883 г. — английский изобретатель Джеймс Вимшурст существенно улучшает конструкцию, создав генератор Вимшурста

Каковы были основные преимущества новых конструкций по сравнению с первыми электрофорными машинами? Они позволяли получать более высокое напряжение при меньших физических усилиях оператора.

Принцип работы электрофорной машины

В основе работы электрофорной машины лежат два физических явления:

Электризация трением
Электростатическая индукция

Как происходит генерация заряда в электрофорной машине?

При вращении дисков происходит электризация их поверхности за счет трения о щетки
Образовавшиеся заряды индуцируют противоположные заряды на металлических секторах дисков
С помощью специальных щеток (нейтрализаторов) заряды снимаются с секторов
Накопление зарядов происходит в лейденских банках — простейших конденсаторах

Почему в электрофорной машине происходит разделение зарядов? Это обусловлено тем, что диски вращаются навстречу друг другу, создавая электрические поля противоположной направленности. Их взаимодействие приводит к усилению разделения зарядов.

Конструкция электрофорной машины

Основные элементы конструкции электрофорной машины:

Два вращающихся диска из диэлектрика
Металлические секторы на поверхности дисков
Щетки-нейтрализаторы для снятия заряда
Лейденские банки для накопления заряда
Разрядники

Какую роль играют металлические секторы на дисках? Они выполняют функцию простейших конденсаторов, позволяя накапливать и разделять заряды.

Из чего изготавливаются современные электрофорные машины? Обычно используются следующие материалы:

Диски — оргстекло, эбонит
Секторы — алюминиевая фольга
Щетки — тонкая медная проволока

Лейденские банки — стеклянные банки с фольгой

Индукционные нейтрализаторы в электрофорной машине

Индукционные нейтрализаторы — важнейший элемент электрофорной машины. Их основные функции:

Снятие заряда с секторов дисков
Разделение зарядов разных знаков
Заряд лейденских банок

Как устроен типичный индукционный нейтрализатор? Он представляет собой металлическую гребенку или щетку из тонких проволок, расположенную близко к поверхности диска.

Почему нейтрализаторы имеют заостренную форму? Это обеспечивает высокую напряженность электрического поля у острия, что способствует эффективной ионизации воздуха и съему заряда.

Применение электрофорных машин в современной науке

Хотя электрофорные машины уже не используются для промышленного получения электроэнергии, они сохраняют важное значение в науке и образовании:

Демонстрация электростатических явлений в учебных лабораториях

Изучение процессов электризации и электростатической индукции
Исследования в области физики высоких напряжений
Калибровка высоковольтных измерительных приборов

Какие преимущества дает использование электрофорных машин в обучении? Они позволяют наглядно продемонстрировать сложные электростатические явления, недоступные для непосредственного наблюдения.

Сборка электрофорной машины своими руками

Соорудить простейшую электрофорную машину можно в домашних условиях. Для этого потребуются:

Два виниловых диска
Алюминиевая фольга
Медная проволока
Стеклянные банки
Деревянная подставка

Основные этапы сборки:

Разметка и наклейка секторов из фольги на диски
Изготовление лейденских банок
Сборка деревянной конструкции
Установка щеток-нейтрализаторов
Монтаж разрядников

На что следует обратить особое внимание при самостоятельной сборке? Важно обеспечить хорошую изоляцию токоведущих частей и точность геометрических размеров.

Меры безопасности при работе с электрофорной машиной

Хотя электрофорная машина генерирует ток очень малой силы, высокое напряжение требует соблюдения правил техники безопасности:

Не прикасаться к токоведущим частям во время работы
Использовать изолирующую подставку
Работать только сухими руками
Не допускать попадания влаги на устройство
Проводить эксперименты под наблюдением опытного специалиста

Почему важно соблюдать осторожность при работе с электрофорной машиной? Несмотря на малую силу тока, высокое напряжение может вызвать болезненный удар и ожог.

Перспективы развития электрофорных машин

Хотя принцип работы электрофорных машин остается неизменным, их конструкция продолжает совершенствоваться:

Применение новых диэлектрических материалов

Использование электронных систем управления
Миниатюризация конструкции
Повышение КПД и максимального напряжения

Какие новые области применения могут открыться для усовершенствованных электрофорных машин? Они могут найти применение в микроэлектронике, медицинской технике, системах электростатической очистки.

Как устроена электрофорная машина?

Электрофорная машина предназначена для получения мощных электрических зарядов и высоких разностей потенциалов.

Изучение принципов, как работает электрофорная машина, направлено на рассмотрение механизмов распределения заряда по поверхности проводника, приобретение навыков определения силовых линий в электрическом поле, изучение индукции и практическое наблюдение за электрическими разрядами.

Из чего состоит электрофорная машина?

Экспериментальный набор состоит из пластмассовых дисков с алюминиевыми зонами, щеток, лейденских банок с подключением к кондукторам, изолированных ручек, ременных передач и металлических гребешков.

Общая конструкция зафиксирована прочными пластмассовыми стойками и установлена на деревянной подставке. Необходимо знать, что на качество результата способна повлиять температура и влажность воздуха. Минимальное расстояние появления электрического заряда составляет минимум 30 мм.

Все тонкости работы с оборудованием четко описаны в заводской инструкции, которая входит в комплект поставок. После завершения эксперимента крайне важно замкнуть раздрядники для нейтрализации заряда.

Эксперимент с электрофорной машиной проводится на уроках, предназначенных для создания базовых теоретических представлений об электротоке, основных условиях его образования и продолжительного существования, различных источниках появления тока. Чтобы рассмотреть основные способы образования тока, школьникам следует знать, какие превращения энергии происходят в электрофорной машине.

Распределение зарядов осуществляется благодаря воздействию механической энергии. В момент вращения основных дисков осуществляется трение специальных щеточек о дисковую поверхность, что вызывает возникновение разных зарядов. Завершающим результатом эксперимента является зарядка одного электрода устройства положительным током, а второго – отрицательным. В момент приближения разных электродов появляется кратковременный ток в виде электрического разряда.

Детальное изучение абстрактных физических понятий невозможно без использования наглядных материалов, визуализации и экспериментирования. Использование электрофорной машины на уроках изучения физики в средней школе позволяет сформировать четкие теоретические и практические понятия об электротоке, основных технических условиях его появления и продолжительного существования в замкнутой цепи.

Разделение зарядов машины осуществляется за счет последовательного преобразования механической энергии. В момент движения щеточек осуществляется трение о поверхность дисков, благодаря чему осуществляется разделение зарядов на положительные и отрицательные. В случае приближения электродов появляется разряд электричества. В момент проведения демонстрационной презентации приходится интенсивно вращать ручку машины, что позволит непрерывно производить электрический ток.

Краткий принцип работы электрофорной машины используется на занятиях по физике во время изучения механических источников энергии, а также процессов преобразования механической энергии в электричество. Применение устройства позволяет наглядно провести эксперимент непосредственно в рамках стандартного урока.

принцип действия, как работает, конструкция, устройство и применение

Генератор Вимшурста или электрофорная машина — это индукционный электростатический прибор, созданный как непрерывный источник электрической энергии. В XXI веке используется как вспомогательная техника для демонстрации физических опытов, касающихся различных электрических эффектов и явлений.

Немного из истории изобретения

В 1865 г. физик-экспериментатор из Германии Август Теплер разработал итоговые чертежи электрофорной машины. Одновременно с этим было сделано второе независимое открытие подобного агрегата немецким ученым Вильгельмом Хольцем. Главным отличием прибора была возможность получать большую мощность и разность потенциалов. Хольц считается создателем источника постоянного электрического тока.

Простая начальная конструкция применения электрофорной машины в 1883 г. была усовершенствована Джеймсом Уимсхерстом из Англии. Его модификация используется во всех физических лабораториях для наглядной демонстрации опытов.

Конструкция электрофорной машины

2 соосных диска вращаются друг против друга, неся при этом простейшие конденсаторы из алюминиевых секторов. Благодаря случайным процессам в первичный момент на участке одного из сегмента образуется заряд. Вызывается явление процессом трения о воздух. Из-за симметричности конструкции нельзя заранее предсказать итоговый знак.

В конструкции используются 2 лейденовские банки. Они создают из последовательно включенных конденсаторов единую систему. Это влияет на двойное уменьшение требований к рабочему напряжению в каждой емкости. Следует подбирать одинаковые номиналы, это залог равномерного распределения рабочего напряжения.

Снять напряжение призваны индукционные нейтрализаторы. Вся конструкция напоминает металлический гребень, парящий на некотором расстоянии над диском. В точку съема заряда приходят оба диска с эквивалентными знаками внешней поверхности. Нейтрализаторы спарены. После осуществления разгрузки сильно снижается заряд сегментов. В дополнительных конструкциях щетка легко соприкасается с краем диска.

Оператор за счет силы электрического привода либо собственной рукой насильно сближает отталкивающиеся элементы системы. Взаимодействующие друг с другом заряды стараются расположиться как можно дальше. Процесс способствует резкому росту поверхностной плотности зарядов во всех точках съема.

Электричество собирается в лейденовских банках с гребней нейтрализаторов. Происходит быстрый рост напряжения. Избежать выхода из строя системы помогает разрядник, прикрепленный к 2 электродам. Возможно получение дуги различно силы при регулировании дистанции между ними. Существует взаимосвязь: чем сильнее напряженность поля между 2 разрядниками, тем более шумный эффект сопровождает процесс опустошения банок Лейдена.

Сегменты остаются опустошенными после точки съема заряда. По течению движения устанавливаются уравнители потенциала или нейтрализаторы по принципу действия. Каждая противоположная сторона диска уже отдала заряд у различных щеток. В момент прохождения точки съема и после нее остаточные знаки заряда являются различными.

Отрезок толстой проволоки из меди с щетками из тончайших проволочек, парящих на небольшой высоте или трущих сегменты, способствует замыканию указанных противоположностей. Результат — заряды на обоих сегментах приравниваются к нулю, вся энергия превращается согласно закону Джоуля-Ленца в тепло, образующееся на утолщенной медной жиле.

Что такое банки Лейдена

Первым электрическим конденсатором, созданным учеными из Голландии Питером ван Мушенбруком, была лейденская банка. Изобретенный конденсатор имеет форму цилиндра с широким или средним горлом разного диаметра. Лейденскую банку делают из стекла. Изнутри и снаружи она оклеена специальным листовым оловом. Прикрывается изделие деревянной крышкой. Главной функцией изобретения является накопление и хранение больших зарядов.

Стимулировало создание такой банки широкое изучение электричества, общей скорости его распространения, а также свойств проводимости электроэнергии различных материалов. Благодаря ей получилось впервые добыть электрическую искру искусственным путем. Сейчас банки Лейдена применяются только как неотъемлемая часть электрофорных машин.

Каков принцип работы электрофорной машины

Из силы оператора берется энергия для смены знаков. Уже между уравнителями и щетками диски двигаются со взаимным отталкиванием навстречу друг другу. Свою роль играет количество оборотов в минуту. Повышена плотность заряда. Сильнейший заряд противолежащих дисков выталкивает остатки через отрезки медной проволоки. Из этого вытекает энергия, достаточная для смены знака.

За счет повышения показателей поверхностной плотности происходит съем заряда в приборе. В единичной точке делаются энергетические запасы в банке Лейдена, другое место служит для изменения знака. Индукционные нейтрализаторы практически не имеют отличий. Они оба выполняют общую функцию нейтрализации энергии. Общая схема:

Существует 2 типа конденсаторов в конструкции: банки Лейдена, где заряд накапливается, и комбинация сегмента обоих дисков с диэлектриком и алюминиевой обкладкой.
Понижением заряда алюминиевых сегментов занимаются 2 вида нейтрализаторов. Первый используется для смены знака или поляризации, второй для зарядки лейденовской банки.

Вся энергия поступает не от трения алюминия и меди или электризации воздуха. Она создается за счет принудительных наполнений конденсаторов силой кручения диска. Все процессы выполняются благодаря резкому повышению в точках съема поверхностной плотности зарядов.

Применение электрофорной машины

С 70-х гг. машина Вимшурста не используется для непосредственной добычи электрической энергии. Сегодня она выступает историческим экспонатом, иллюстрирующим историю возникновения и развития научно-технического прогресса и инженерной мысли. Лабораторная демонстрация, для чего создают электрофорную машину, показывает различные явления и эффекты электричества.

Допустимо использование индукционных нейтрализаторов, снимая заряды с жидких диэлектриков, например нефти. На любом производстве в воздухе получить искру опасно, это может привести к пагубным последствиям, задымлению и даже взрыву.

История открытий и исследований в области электричества имеет тесную связь с применением различных конструкций и устройств для получения электрических зарядов. Свою роль в научных изысканиях сыграла электрофорная машина, действие которой основано на возбуждении электричества благодаря индукции.

Электрофорная машина: конструкция, индукционные нейтрализаторы

Электрофорная машина – это генератор статического заряда, состоящий из двух колес, вращающихся во взаимно противоположных направлениях. Часто используется учителями на уроках физики для устрашения занимающихся силой электрической дуги.

Конструкция

Конструкция изобретения Джеймса Вимхерста описана плохо в открытых источниках, часто люди не в силах объяснить, как работает электрофорная машина.

Общая идея

Два вращающихся друг против друга соосных диска несут простейшие конденсаторы из секторов алюминия. За счет случайных процессов в начальный момент на одном из сегментов – равномерно расположенных по кругу – образуется заряд. Это вызвано процессами трения о воздух либо прочими причинами. Причем, поскольку конструкция симметричная, знак заранее не предсказуем. Не рекомендуется ставить в электрофорную машину электролитические конденсаторы.

Вместо этого применяются две лейденские банки. Их внешние обкладки из фольги объединены, чтобы создать единую систему из последовательно включенных конденсаторов. Так уменьшаются требования к рабочему напряжению каждой емкости в два раза. Номиналы подбираются по возможности одинаковыми. В противном случае требования к рабочему напряжению распределятся неравномерно, что приводит к негативным последствиям.

Напряжение с сегментов дисков снимается при помощи индукционных нейтрализаторов. Ниже описан принцип действия. По сути конструкция, напоминающая металлический гребень, на некоторой высоте парит над диском. Нейтрализаторы спаренные, в точку съема заряда оба диска приходят с эквивалентным знаком на внешней поверхности. После разгрузки заряд сегментов сильно падает. Это обусловлено особой конструкцией индукционных нейтрализаторов, оставляющих поверхностную плотность заряда в районе 0,2 – 6 мкКл на метр в квадрате. В избранных конструкциях щетка слегка касается краем диска.

Прогрессивный рост поверхностной плотности заряда на сегментах в точке съема обусловлен тем, что навстречу друг другу движутся системы, создающие электрические поля, чьи напряженности направлены в противоположные стороны. Получается, что собственной рукой оператор (либо за счет силы электрического привода) отталкивающиеся системы насильно сближает. Взаимодействующие заряды пытаются расположиться подальше друг от друга. Это вызывает резкий рост поверхностной плотности зарядов в точках съема.

От гребенок нейтрализаторов электричество собирается в лейденские банки. Напряжение быстро растет, чтобы избежать выхода системы из строя вследствие превышения допустимых параметров конденсаторов, к двум электродам прикреплен разрядник. Дистанция между ними, как правило, регулируется, что позволяет получить дугу различной силы. Чем больше напряженность поля между разрядниками, тем более шумным эффектом сопровождается процесс опустошения лейденских банок.

После точки съема заряда сегменты остаются пустыми. Через 30 градусов по ходу движения диска стоят уравнители потенциала, называемые нейтрализаторами по принципу действия. Авторы обзора назвали бы уравнителями. Противоположные стороны диска отдали уже заряд у разных щеток. Следовательно, после прохождения точки съема знаки остатков заряда на них неизменно различны. И кусок толстой медной проволоки с щетками из тонких проволочек, трущих сегменты или парящих на малой высоте, замыкают накоротко указанные противоположности. В результате заряд на обоих сегментах становится равным нулю, энергия превращается по закону Джоуля-Ленца в тепло, выделяющееся на толстой медной жиле.

После обнуления диски продолжают двигаться во встречном направлении. Получается, освобожденный от заряда сегмент одного круга вращения оказывается напротив полупустого сегмента другого. Заряд между емкостями немедленно делится поровну, ведь диски сконструированы по одинаковым чертежам. Следовательно, кажутся идентичными. Первый диск отдает половину заряда, идет на точку съема. Второй достигает точки уравнителя потенциала первого и там отдает половину заряда.

Порой люди интересуются принципом работы прибора, ведь первый диск отдал остаточный заряд на уравнителе, второй поступил аналогично. Где взять энергию для смены знака?

Объяснение принципа работы

Энергия для смены знака на уравнителе берется из силы оператора. Помните, уже между щетками и уравнителями диски движутся друг другу навстречу со взаимным отталкиванием. Плотность заряда повышена. Принцип действия уравнителя не отличается от съемника. Более сильный заряд противолежащего диска буквально выталкивает через медную проволоку остатки на разряжаемом, и энергии хватает на смену знака.

В машине происходит съем заряда за счет повышения поверхностной плотности. В одной точке энергия запасается в лейденские банки, в другой служит для смены знака. Причём индукционные нейтрализаторы, видимо, некогда не отличались друг от друга. Оттого возникает путаница с названиями. По сути оба – нейтрализаторы. Если бы замыкающую проволоку из меди со съемными щетками назвали уравнителем, каламбур бы исчез. Повторим подробно:

В конструкции два типа конденсаторов. Во-первых, к указанному классу относятся лейденские банки как накопители заряда. Во-вторых, каждый сегмент обоих дисков считается конденсатором с алюминиевыми обкладками и диэлектриком между ними.
В машине два типа нейтрализаторов по сути их действия – понижающих заряд алюминиевых сегментов. Первый служит для заряда лейденских банок, второй – для поляризации (смены знака).

Вся энергия в конечном итоге берется не от электризации воздухом или трением меди и алюминия, их расстыковки. Нет! Энергия получается за счет принудительного наполнения конденсаторов силой кручения дисков. А выполняются процессы за счет резкого повышения поверхностной плотности зарядов в точках съема.

Индукционные нейтрализаторы

Нейтрализаторы в процессе работы способны загрязняться. Следовательно, периодически требуется чистить, иначе снижается эффективность. В машине Вимхерста факт уменьшения КПД мало играет роли. Если машина не работает, стоит проверить чистоту игл. В конструкции используется четыре индукционных нейтрализатора:

Сдвоенные уравнители лежат практически перпендикулярно друг другу.
По одному съемнику – на каждую лейденскую банку.

Представляют собой щетку из тонкой проволоки либо острых зубчатых плоских гребней (расчесок). Основа бывает металлической, что используется в машине Вимхерста, и деревянной. Острия всегда металлические, назначение – по возможности быстро отводить заряд на заземление. Принцип действия: по мере приближения остриев к заряженной плоскости линии напряженности смыкаются на них, образуя высокие значения.

Для справки. Плотность линий поля прямо пропорциональная напряженности в данной точке.

Повышенная плотность в районе острия способствует ионизации воздуха (без искры) и образованию зарядов обоих знаков, проводящих ток в нужном направлении. Параметры нейтрализаторов сильно зависят от расстояния между остриями и уменьшением радиуса их кривизны (заточкой). Применяемые в машине Вимхерста проволочные нейтрализаторы в виде щеток наименее эффективны. На съемниках стоят гребенки либо иглы. Считается, что для последних нейтрализаторов максимальная результативность достигается при указанных условиях:

Соотношение высоты игл к расстоянию между ними от 0,6 до 1,8.
Длина игл 12 – 50 мм и более.
Диаметр игл 0,5 – 1 мм.

Уменьшение угла заточки за 60 градусов (повышение кривизны) в этом случае слабо влияет на свойства нейтрализатора. Иглы желательно поднести на расстояние от 5 мм к поверхности. Чем ближе, тем быстрее происходит съем заряда. Фактически минимальное расстояние до плоскости зависит исключительно от собственных вибраций диска. Касание не приведет к отказу системы, но резко снизится срок эксплуатации за счет механического разрушения отдельных элементов.

В противовес общепринятому мнению, созданному от бесконечных демонстраций машины, иглы лучше крепить на диэлектрическом основании. Предпринятым шагом уменьшается ёмкость между диском и гребнем, чем повышается плотность заряда: С = q/U. Заряд уже априорно задан, понижение емкости повышает разницу потенциалов (напряжение), чем облегчается процесс ионизации.

Для безопасности нейтрализатор снабжается кожухом. Нелишне напомнить, что прочие части (помимо ручки вращения) машины Вимхерста в период работы трогать нельзя. Края кожуха удалены от игл нейтрализатора не менее 50 мм.

Индукционным тип приборов назван за действие на расстоянии. Процесс носит название электростатической индукции. Это значит, что один заряженный предмет на расстоянии влияет на второй, без заряда. В металле электроны слабо связаны с решеткой, легко идут в сторону, куда увлекаются полем. Эффект носит поверхностный характер по понятной причине – линии напряженности не могут проникнуть в металл. По-другому: заряды в толще проводника перераспределяются, пока не нейтрализуют полностью внешнее поле.

В результате на поверхности иглы индуцируется заряд. Линии напряженности поля замыкаются на нем, одновременно сходясь отовсюду, как показано на рисунке. Разница потенциалов неизмеримо вырастает, вызывается ионизация воздуха. Она умеренная, при работе машины Вимхерста на щетках, как правило, нет искрения.

Вместо заключения

Индукционные нейтрализаторы возможно использовать иным способом – снимая заряд с жидких диэлектриков. К примеру, нефти. На производстве любая искра вызовет негативные последствия. Достаточно вспомнить о взрыве на скважине в Мексиканском заливе.

Таким образом, гребенка способна скользить по диску. В ранних конструкциях изготавливался единым, без секторов, однородным и из плотного материала (см. рис.). Работал без алюминиевых конденсаторов. Физики, хорошо разобравшиеся с машиной, смогли ее усовершенствовать.

Благодарности

Авторы сердечно благодарят заморского товарища Релаторио Финала за понятные и наглядные рисунки и фото. Оригинал работы выложен на всеобщее обозрение по адресу: ifi.unicamp.br/~lunazzi/F530_F590_F690_F809_F895/F809/F609_2013_sem1/AlexandreD-Mauro_RF2.pdf.

Без ютубовского канала магазина Чип&Дип авторы не увидели бы замечательных скринов: youtube.com/channel/UCUlNxWT1y3SmOmeYzqAKrWQ

Проект «Сборка электрофорной машины»

Адмиралтейский район Санкт-Петербурга

Государственное бюджетное образовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа

№235 им. Д. Д. Шостаковича

с углубленным изучением предметов художественно — эстетического цикла Адмиралтейского района Санкт-Петербурга

190121,г. Санкт-Петербург, наб. р. Пряжки, д. 2-4, 6,

т/факс 572-51-62, 572-58-46, 572-58-45

Городская научно-практическая

конференция старшеклассников

Санкт-Петербурга

«Лабиринты науки»

Секция «Физика. Астрономия»

«Сборка электрофорной машины»

Выполнил:

Ермилов Егор.,

учащийся 8 класса сфм

Руководитель работы:

Кокшарова О.А., учитель физики,

ГБОУ средняя школа №235 им.Д.Д.Шостаковича

Санкт-Петербург

2019

В истории науки было создано несколько видов электрофорных машин. Первая электростатическая машина появилась около 1650 г. Ее сконструировал немецкий ученый, Отто фон Герике. Работа этой машины основывалась на явлении электризации тел трением. В дальнейшем было создано большое количество разнообразных конструкций электрических машин трения, но все они имели общий существенный недостаток: работа с такими машинами требовала приложения очень больших физических усилий. В то же время она имела более простую конструкцию. В 1865 г. физик-экспериментатор из Германии Август Теплер разработал чертежи электрофорной машины. Одновременно с этим было сделано второе независимое открытие подобного агрегата немецким ученым Вильгельмом Хольцем. Машина Хольца по сравнению с машиной Теплера позволяла получать большую разность потенциалов и могла использоваться в качестве источника постоянного электрического тока. Простая начальная конструкция применения электрофорной машины в 1883 г. была усовершенствована Джеймсом Вимшурстом из Англии. Генератор Вимшурста или электрофорная машина – это индукционный электростатический прибор, созданный как непрерывный источник электрической энергии. В XXI веке используется как вспомогательная техника для демонстрации физических опытов, касающихся различных электрических эффектов и явлений, поэтому мы решили собрать ее самостоятельно.

Электрофорная машина Вильгельма Хольца

Генератор Вимшурста

Современная модель

Гипотеза. Мы предполагаем, что работающую электрофорную машину можно создать в домашних условиях

Цель работы: Собрать электрофорную машину.

Задачи:

Изучить и проанализировать литературу по истории изобретения электрофорной машины;
Сравнить достоинства и недостатки различных видов электрофорных машин;
Сформулировать принцип работы электрофорной машины;
Собрать электрофорную машину;
Дать рекомендации по сборке электрофорной машины.

Материалы:

Виниловые пластинки, 2 шт;
Алюминиевый скотч;
Фанера;
Стеклянные банки 2 шт;
Контакты для крепления проводов;
Болты с гайками;

Многожильныные провода;
Изолента;
Латунные трубки;
Телефонный кабель;
Болт 8мм 4 шт;
Гайки 8 шт;
Шайбы 6шт;

Инструменты:

Ножницы;
Резак по бумаге;
Линейка;
Простой карандаш;
Транспортир;
Ручка;
Электролобзик;
Пила;
Фрейзерная машина;
Дрель;
Кусачки;
Пассатижи;
Отвертка крестовая и обычная;
Циркуль;
Пинцет;
Клеевой пистолет.

Берем две виниловые пластинки одинакового диаметра, на них будет образовываться статический заряд.

Размечаем пластинку на чётное количество сегментов.

Наклеиваем на каждую сторону пластинки алюминиевые лепестки. Всего понадобилось – 32 штуки

Изготавливаем лейденские банки. С помощью алюминиевого скотча оклеиваем стеклянную банку на две трети корпуса, внутри и снаружи.

С помощью электролобзика и фрейзерной машины выпиливаем основные деревянные детали: подставку, деревянные стойки, шкивы, рукоятку для вращения. С помощью столярного клея, склеиваем детали шкива.

Пилим латунную трубку на сегменты длинной 30 см. Острым гвоздём пробиваем отверстия, в которые в дальнейшем вставим гвозди, играющие роль коллектора. Латунную трубку загибаем в виде подковы. В другие две латунные трубки вставляем в отверстия с двух сторон очищенную от оплетки жилу телефонного кабеля. Они будут выполнять функцию щеток в нейтрализаторе.

Соберем всю конструкцию с помощью болтов диаметром 8 и длинной 120мм. В соответствии с получившимся расстоянием между стойками, закрепим их на подставке с помощбю столярного клея.

Просверлим болты и закрепим в них латунные трубки коллектора с помощью проволоки. Нижнюю часть болта закрепим в крышке лейденской банки гайками, через кузовную шайбу(для устойчивости). Под нижнюю гайку заведем цепь, с длинной достаточной для её устойчивого контакта с дном банки. Установим банки с закрепленными на них коллекторами на алюминиевую полосу и закрепим её клеевым пистолетом так, чтобы подкова коллектора располагалась симметрично относительно дисков. В пробитые отверстия вставим гвозди, с минимальным зазором относительно диска. Для изготовления разрядника потребовались две латунные трубки и шарики оклеенные алюминиевой фольгой, позже в инструментах нашлись две детали в скруглённых конусов которые и заменили шарики. Для ремней шкивов использовали текстильные резинки для волос. Трубки изолировали синей и красной изолентой.

Электрофорная машина двойного вращения состоит из двух встречно вращающихся дисков. На обоих дисках находятся проводящие сегменты, которые изолированы друг от друга. Две обкладки с обоих сторон дисков вместе образуют по одному конденсатору. Из-за этого ее еще иногда называют — конденсаторной машиной. На каждом диске находятся также по нейтрализатору, который отводит заряд щетками с двух противоположных сегментов диска на землю. С левой и правой стороны дисков находятся коллекторы. В них поступают сгенерированные заряды снятые гребенками с краев как переднего, так и заднего диска. В большинстве случаев заряды собираются в конденсаторы, такие как, например, Лейденская банка для произведения более сильных искр. Перед началом эксплуатации необходимо наэлектризовать оправы разноименными зарядами (например, р +, а р’ -). Эти оправы (полоски) в соответствии с явлением индукции будут действовать на вращающийся диск В (рисунок 2), а через него на гребенки О и О’, при этом р, обладая положительным зарядом, вызовет через влияние появление отрицательного заряда в части m диска В и притянет тот же заряд из гребенки О, который отложится в части m’ диска В.

Таким образом, диск В электризуется отрицательно на обеих своих сторонах в m и m’, в то время как гребенка О и кондуктор Сг заряжаются положительно. По мере вращения диска m и m’ перемещаются к окну F’, где поверхность m’ усиливает влияние полоски р’, притягивая из гребенки С’ положительный заряд, заряжая гребенку О’ и кондуктор С’г’ отрицательно. В свою очередь m, оказывая индуктивное воздействие на полоску р’, притягивает положительный заряд, поддерживая ее в отрицательном состоянии. Затем части m и m’ снова проходят перед окном F и т.д., повторяя последовательно описанный процесс.

В ходе работы выяснили, что существует несколько видов электрофорных машин;
Механическую энергию можно с помощью электрофорной машины перевести в электрическую;
Столкнулись с проблемой точности описания прибора и используемых материалов;
Сформулировали принцип действия электрофорной машины
Рекомендации по сборке электрофорной машины:

- щетки нейтрализатора и коллектор в разных источниках называли одинаково «нейтрализатор» по этой причине возникла трудность с позиционированием щёток нейтрализатора. Проверяя опытным путём, подтвердили теоретические данные о положении нейтрализаторов на 30⁰ относительно коллектора.

https://studbooks.net/1961778/matematika_himiya_fizika/konstruktsiya_elektrofornoy_mashiny

http://electricity-automation.com/page/elektrofornaya-mashina-generator-wimshursta

https://vashtehnik.ru/enciklopediya/elektrofornaya-mashina.html

https://ru.wikipedia.org/wiki/Электрофорная_машина

Что такое электрофорная машина и как она работает? Принцип действия электрофорной машины Электрофорная машина из cd

Электрофорная машина из cd дисков и 2-х кулеров

Самодельная электрофорная машина из cd дисков и 2-х кулеров собранная своими руками, вырабатывает примерно 20 000 В., что ограниченно расстоянием между обкладками конденсаторов диска.

Берем два компакт диска и очищаем их от слоя-носителя информации (с CD-R дисков легче всего удалить этот слой). После обезжириваем поверхность спиртом. Далее из алюминиевого скотча (продается в строительных магазинах), нарезаем сектора и приклеиваем их на диски.

У двух вентиляторов от СБ компьютера, обрезаем лопасти и с помощью двухстороннего скотча приклеиваем двигатели к дискам. Собираем электрофорную машину. Зазор между дисками должен быть минимальным, от этого зависит КПД устройства. Щетки сделаны из многожильного провода (МГТФ). Держатели щеток — медная проволока, диаметром 1 мм.

Запуск. Если расположение щеток правильное и они касаются обкладок дисков, электрофорная машина при запуске начнет вырабатывать статическое электричество. Но продлится это недолго. Между щетками и обкладкой появится зазор, исправляем это путем легкого придавливания щеток к дискам, либо заряжаем диски электричеством (например, наэлектризовав расческу).Если все правильно сделано, то при работе электрофорной машины, вы почувствуете запах озона и услышите легкий треск статического электричества.

Электрофорная машина работает как непрерывный Этот прибор используют зачастую как вспомогательный для демонстраций различных и эффектов. Но какова его конструкция и особенности?

Немного из истории изобретения

Электрофорная машина разработана в далеком тысяча восемьсот шестьдесят пятом году Августом Теплером, немецким физиком. Что любопытно, совершенно независимо другой ученый-экспериментатор Вильгельм Гольц изобрел подобную конструкцию, но даже более совершенную, так как его аппарат позволял получить большие значения разностей потенциалов и мог служить источником постоянного тока. К тому же гольцевская машина была намного более простой в конструкции. В конце девятнадцатого века английский экспериментатор в области электричества и механики Джеймс Вимшурст усовершенствовал агрегат. И по сегодняшний день именно его вариант (пусть и чуть более современный) используется для демонстраций электродинамических опытов благодаря способности создавать огромную разность потенциалов между коллекторами. Электрофорная машина была улучшена уже в сороковых годах двадцатого века ученым по фамилии Иоффе, который разработал новый тип электростатических генераторов для осуществления питания рентгеновской установки. Хотя машину Вимшурста сейчас не используют для непосредственной задачи добычи электрической энергии, она является историческим экспонатом, который иллюстрирует историю развития инженерной мысли и научно-технического прогресса.

Конструкция электрофорной машины

Этот аппарат состоит из двух дисков, которые вращаются навстречу друг другу. Работа электрофорной машины как раз и заключается в осуществлении такого двойного обоюдного вращения. На дисках расположены токопроводящие изолированные друг от друга сегменты. С помощью обкладок сторон обоих дисков образовываются конденсаторы. Именно поэтому электрофорная машина иногда называется конденсаторной. На дисках расположены нейтрализаторы, которые отводят заряды от противоположных элементов дисков на землю с помощью щеток. Коллекторы находятся слева и справа. Именно на них поступают снятые гребенками с заднего и переднего дисков генерируемые сигналы.

Что такое банки Лейдена?

Во многих случаях заряды накапливаются на конденсаторах. Их называют После этого возможно воспроизведение намного более сильных разрядов и искр. Внутренние обкладки каждого конденсатора соединяются с кондукторами по отдельности. Щетки, которые касаются секторов дисков, объединены с внутренними обкладками банок Лейдена. Вся конструкция на сегодняшний день монтируется на пластмассовых стойках. Вместе с лейденовскими банками части машины закрепляются на подставке из дерева. Учитывая наглядность конструкции, электрофорная машина своими руками может быть сделана достаточно просто. Даже человек, который не имеет специального технического образования, может ее собрать и эксплуатировать в свое удовольствие.

На чем основана работа электрофорной машины?

Использование взаимного усилия обоих дисков — именно этот принцип является основным в данном устройстве. Эффект возникновения разности потенциалов, а затем разрядов и искр достигается правильным расположением секторов. Конечно, существуют разработки, использующие и чистые диски, но подобный они не выдают. Такие конструкции часто применяются в небольших учебных учреждениях. Расстояние между дисками у такого прибора, как электрофорная машина, играет важнейшую роль и оказывает существенное влияние на достижение необходимого напряжения на конденсаторах.

Каков принцип работы аппарата?

Электрофорная машина с момента ее изобретения (а это начало восемнадцатого века) пережила много изменений. Но основная идея осталась. Основой конструкции машины являются диски с наклеенными обкладками Приложив определенную механическую силу с помощью их можно вращать в разные стороны, противоположные друг другу. На обкладке одного диска возникает положительный заряд. Он притянет к себе другой заряд (отрицательный). Положительный уйдет через проводник со щетками (нейтрализатор), который касается противоположной обкладки. Поворачивая диски, получаем заряды, аналогичные исходным. Но они уже будут влиять на другие обкладки. Учитывая то, что диски вращаются в противоположные стороны, заряды стекаются к коллекторам. У такого демонстрационного аппарата, как электрофорная машина, принцип работы основан именно на этом моменте. На щетках обоих дисков, которые не касаются их поверхности и находятся по краям, заряды в какой-то момент становятся настолько огромными, что в воздушном пространстве возникает пробой, и проскакивает электрическая искра. Именно поэтому к коллекторам можно присоединять дополнительные конденсаторы разных емкостей, что придаст большую красоту эффекту возникновения разряда.

Принцип работы генератора статического электричества (ещё их называют электрофорные машины) заключается в том, что диски вращаются относительно друг друга в противоположные стороны и создают положительные и отрицательные заряды. При вращении дисков по мере накопления зарядов происходит разряд — молния между электродами.

Как это работает — теория

Вращение дисков с металлическими секторами приводит к переносу электрического заряда внутри машины, который хранится в конденсаторах до момента возникновения искры или заряда утечки.

Самые важные части в электрофорном агрегате – нейтрализаторы . Это две перемычки со щетками установленные крестом. Если хотя бы одну из четырех щеток отодвинуть от сегментов, машинка перестает работать. Хотя казалось бы диски вращаются, электризуются трением о воздух и значит электричество вырабатывается.

Нейтрализатор делает следующее: он перетаскивает заряд с одной половинки диска на другую и диск оказывается не просто заряжен, а заряжен избирательно — не по всей плоскости.

Другими словами, диск собирает заряды из воздуха, а нейтрализаторы их перераспределяют. Заряд снимается щеткой, движется по проводнику к противоположной щетке и в тот момент когда напротив сегмента появится сегмент второго диска — перескакивает на него.

Далее этот сегмент подходит к щетке второго нейтрализатора и процесс повторяется, но уже на другом диске. Таким образом происходит кругооборот зарядов между дисками в процессе которого воздух между сегментами ионизируется и разделяется. В результате накачки увеличивается напряжение, кроме того в машинке работает эффект раздвигания обкладок конденсатора, что также способствует увеличению напряжения.

Миниатюрное устройство по созданию таких безвредных молний (но не для микроэлектроники) легко сделать своими руками.

Данный электростатический генератор способен генерировать более 20000 Вольт, но малый ток делает его безопасным для использования без специальных мер предосторожности.

Характеристики устройства

Высота: около 140 мм
Ширина: приблизительно 120 мм
Питание: 3 В 0,3 А
Статический заряд: 20 кВ
Диаметр диска: 120 мм

Руками тут ничего крутить не нужно (как это было в прототипе позапрошлого века) — всё делают 2 электромотора. достаточно нажать на кнопку включения и подождать некоторое время до накопления заряда на электродах.

Материалы и компоненты

Необходимо будет для монтажа: паяльник и припой, отвертка и плоскогубцы. Два мотора от старых CD плееров и всякая крепёжная мелочёвка.

Генератор работает от двух батареек АА и способен создавать разряды длинной 2 см. Самое сложное тут — 120 мм диски. Их нужно изготовить по такому принципу: взять два лазерных диска от CD или DVD. Сегменты приклеить из алюминиевого скотча (25 секторов). Приклеить диски к моторчикам. Сделать щетки из алюминиевых полосок.

Если всё сделать и настроить как надо, то искра достигнет размеров около 20 мм, а разряд будет пробивать каждые 0,5 сек.

Сборка машины Вимшурста

В этом видео уроке будем собирать электрофорную машину, которая представляет из себя генератор . В начале рассматриваются общие вопросы по назначению и конструкции этой машины, потом подробно показаны все шаги по ее изготовлению своими руками.

Что представляет из себя электрофорная машина?

Устройство состоит из основания, на котором крепятся ее детали. Также в ее состав входят две стойки с осями, на которых крепятся два диска с металлизированным покрытием. Имеются также две лейденские банки, которые являются, по сути, конденсаторами или накопителями заряженных частиц. Разрядники, которые функционируют по мере накопления заряда конденсаторов, съемники заряженных частиц с передней и с задней стороны дисков. Диски приводятся в движение при помощи ременной передачи. Мы крутим ручку и за счет этого происходит вращение дисков.

Первые генераторы статического электричества были одновременно изобретены в Германии в одно и то же время Августом Теплером и, независимо от него, Вильгельмом Гольцем. Принцип работы электрофорной машины. Поскольку диски вращаются относительно друг друга в противоположные стороны, они создают положительные и отрицательные заряды. При вращении дисков по мере накопления зарядов происходит разряд.

Авторы видео решили изготовить данную машину, которую можно повторить своими руками в обычных домашних условиях. На сайтах в интернете есть несколько примеров создания такого генератора, но данная конструкция будет иметь двигатель.

Сначала были сделаны чертежи будущей машины. В первую очередь были рассчитаны параметры диска. После проделанной предварительной работы приступили к созданию устройства.

Основные детали

Машина будет состоять из следующих элементов. Это 2 диска, которые будут вращаться в противоположные стороны, они будут сделаны из CD-дисков. Два двигатель от компьютерного кулера, которые будут приводить их в движение. Диск будет приклеен двухсторонним скотчем на ротор мотора. Сам двигатель крепится к стойке. Стойки будут сделаны из оргстекла. Также будут использованы лейденские банки. Это пустая металлическая емкость, от которой идет один контакт, далее полистироловый диэлектрик и латунный контакт.

Изготовление электрофорной машины

Для начала нужно снять покрытие с диска, чтобы получить прозрачную заготовку. Принцип действия электрофорной машины

На каждом диске находятся также по нейтрализатор»у, который отводит заряд щетками с двух противоположных сегментов диска на землю.

С левой и правой стороны дисков находятся коллекторы (S). В них поступают сгенерированные заряды снятые гребенками с краев как переднего, так и заднего диска.

В большинстве случаев заряды собираются в высоковольтные конденсаторы, такие как например,Лейденская банка для произведения более сильных искр.

Принцип действия Электрофорной машины — использование на обоих дисках способа взаимного усиления. Только применением секторов на дисках вообще будет возможно достичь эффекта. Имеются также модели, которые работают с чистыми дисками, однако они выдают также не такие высокие напряжения. Когда диски покрыты плоскими обкладками она состоит в принципе из многих конденсаторов, которые образуются двумя противоположными секторами поэтому расстояние между дисками пожалуй имеет существенное значение. Во время вращения обкладки конденсатора раздвигаются, вследствие чего неодноименные носители заряда разносятся на все большее расстояние друг относительно друга, что эквивалентно повышению напряжения. На дисках электрофорной машины заряды с противоположной полярностью всегда текут в противоположных направлениях. При этом Нейтрализаторы имеют решающее значение определять нулевой потенциал.

Правильная установка нейтрализаторов

Положение Нейтрализаторов должно быть в машине при направлением вращения рукоятки по часовой стрелке всегда слева сверху справа внизу, безразлично с какой стороны смотреть на машину. Они должны своевременно отводить не перехваченные коллекторами заряды, прежде чем те могут попасть к другому коллекторному электроду.

Мало кто знает, что положением нейтрализаторов можно устанавливать выходное напряжение машины. Положение нейтрализаторов говорит о том, как далеко заряды могут быть разнесены друг от друга, и каким высоким может стать напряжение. Если дуги расположены таким образом как на этой картине — круто, так что они почти касаются приводных ремней, машина настроена на высокое выходное напряжение при незначительном токе. Для достижения большой ширины пробойного промежутка нужно выбирать эту установку.

Если дуги ставятся напротив почти паралленьно электродам коллектора, то машина устанавливается на высокий выходной ток. Эта установка рекомендуется для большинства экспериментов таких, например, как с электростатическими моторами с дисковыми elektrostatischen Scheiben и цилиндрическими Walzenläufer роторами, в которых речь не идет об искровом разряде.

На практике все более маленькие потери на коронный разряд происходят в вершинах гребенок съема напряжения (происходящие например из-за частиц пыли) или когда слишком мало съемных электродов. Вследствие этого постоянно исчезает заряд. Если машина настроена на высокое выходное напряжение, то может случаться иногда, что она не может выдавать достаточный ток, чтобы покрывать затраты. Искровой разрядный промежуток опять уменьшается. Таким образом в установке нейтрализаторов должен быть найден компромисс.

Далее, степень эффективности машины может увеличиваться вводом высокоомных сопротивлений в Нейтрализатор. При внесении значительного высокоомного сопротивления в нейтрализатор машина не сможет достичь высокого КПД. Здесь мог бы находится ключ к функционированию Testatika который может быть в том, что Нейтрализатор вместе с другими элементами переводят энергию не в сопротивление, а используют ее для движения дисков.

Определение полярности

При таких высоких напряжениях отрицательный и положительный полюса имеют совершенно различные качества. Так как никакой из обоих электродов подключенных к коллекторам не заземлен, в распоряжени имеются обе полярности. После накапливания машиой заряда не определено какой электрод имеет какую полярность, поэтому она должна всегда проверяться.

Устанавливают испытываемый электрод как на этой картине далеко от другого, чтобы искра пробила в стержень другого электрода. Если будет слышим слабый шипящий звук, с едва видной искрой, нижний электрод — отрицателен. Если же, постоянно проскакивают искры, то этот электрод положителен. Заявление для этого различного поведения зависит от того, что носители заряда, теснятся на отрицательном электроде, в то время как на положительном едва имеются заряды. На отрицательном электроде поэтому гораздо раньше образуется коронный разряд, чем на положительном.

Полярность может устанавливаться согласно здесь описанного опыта также совершенно легко неонкой Glimmlämpchen или с несколько более дорогостоящей Электрополевой мельницей Feldmühle

Это поведение(отношение) выражается в сверх этого совершенно противоположным световом эффекте для полярностей. Для него, как было признано, несколько умеренную картину, электрофорная машина запускалась с выключенными конденсаторами. В электроде положительного полюса видно явление, которое похоже на плазменный шар с многими отдельными нитями, которые могут быть длиной до 10 см. Тем не менее, световой эффект так слаб, что его можно наьлюдать только в полностью затемненном помещении.

Реверсирование электрофорной машины

В электрофорной машине заложен также и принцип мотора, т.е она обратима. Если две аналогичные машины подключить друг к другу, и если одну вращать — она будет вырабатывать напряжением а другая вращаться. В машине — моторе трение должно быть уменьшено так как только возможно. Кисточки должны скользить очень легко по сегментам, а приводные ремни нужно снять. В машине-моторе могут быть сделаны следующие наблюдения:

Она вращается в противоположном направлении, вращению машины-генератора. Перекрещивая нейтрализаторы (очевидно имеется ввиду на поворачивая их оба на 900 от их первоначального положения, ) направление вращения может быть изменено на противоположное. Если она раскручивается в обратном направлении, то в этом случае направление вращения изменяется и продолжается в правильном направлении.

Она принципиально сама не раскручивается. Диски должны раскручиваться в заявленном Нейтрализатором направлении одинаково и в противоположных направлениях. Это происходит если сегменты нагружены и машина быстро останавливается, раскручиваться она должна самостоятельно. Если происходит плавный выбег дисков, то она станет снова генератором, как это происходит становится слышно, и вследствие этого происходит потеря зарядов. Если она имеет направление вращения в противоположном направлении генератору, направление напряжения изменяют под углом 90 ° к коллекторам, сверху и снизу.

Диски синхронизируют себя в движении противоположном по направлению самостоятельно и на приблизительно равное число оборотов. Если один диск стоит, движущийся вращается вдвое быстрее. Если заторможенный диск приходит снова в движение, она изменяет число оборотов.

Крутой угол при Нейтрализаторе соответствующий установке на высокое напряжение в случае с генератором, дает в итоге более высокое число оборотов с мотором, пологий угол -более незначительное число оборотов. Автономный электростатический электрогенератор Тестатик Швейцария

Электрическая схема

Структурный синтез АИЭ на основе электростатических генераторов

Для получения высоковольтного постоянного напряжения ЭЭ при малых габаритах и с высокой эффективностью, однозначно,нужно использовать явление электростатической индукции и электростатические машины -как наиболее эффективный и простой путь получения высокого напряжения. Именно так и можно осуществить реально такую концентрацию электрического поля электростатическим методом, например, в простом отработанном серийном устройстве типа электрофорной машины. Причем в ней можно без труда –при определенной несложной ее модернизации -получить реально величины выходного высокого напряжения ЭЭ порядка 200-300 киловольт.

Ниже приведено фото возникновения высоковольтной электрической дуги с выхода стандартной школьной электрофорной машины – на расстоянии порядка 6-7 см между электродами. присоединенными к ее лейденским банкам- накопителям электрических зарядов. ПОИСК ОПТИМАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ АВТОНОМНОГО ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Анализ физических процессов малозатратного и эффективного получения электроэнергии в виде высоковольтных электрических потенциалов привел к двум основным техническим решениям реализации техзадания,а именно выполнение данного компактного и экономичного электрогенератора на 20 квт целесообразнее всего делать следующим образом:

на основе стандартных малогабаритных простых электрофорных машин, рабочие диски которых приводятся во вращение с нужной скоростью дополнительными специальными маломощными электродвигателями с редуктором
Причем преобразование параметров ЭЭ осуществляем на основе оригинальных импульсных преобразователей напряжения постоянного тока с них в специальных импульсных разрядникам с получением и прерыванием в них высоковольтной электрической дуги
на основе оригинальных трансформаторов Тесла с в сочетании с вакуумными электро –радио лампами -источниками мощной электронной эмиссии

различным структурным и схемным сочетанием этих двух видов устройств по п. ОСНОВНЫЕ СТРУКТУРЫ СИЛОВОЙ КОНСТРУКЦИИ АВТОНОМНОГО ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ (АИЭ)

Ниже приведены основные силовые структуры АИЭ на основе электрофорной машины

Рис.1 Блок- схема АИЭ на основе электростатического генератора –укрупненная

Обозначения: Первые 1-3 –функциональные блоки устройства

Рис.2 Блок- схема АИЭ из электростатического генератора и преобразователя

Электростатический генератор –сепаратор электрических зарядов
Первичный преобразователь параметров электроэнергии
Вторичный преобразователь параметров электроэнергии
коммутатор
трансформатор

Рис.3 Блок- схема АИЭ на основе электростатического генератора – с преобразователем параметров электроэнергии -электрическими разрядниками, модуляторами –и демодуляторами

Обозначения:

Электростатический генератор –сепаратор электрических зарядов
Первичный преобразователь параметров электроэнергии
Вторичный преобразователь параметров электроэнергии
электромагнитный коммутатор электрической дуги
индуктивный повышающий трансформатор –трансформатор Тесла
электронный –инжектор усилитель- на основе электронной(ых) вакуумной (ых) лампы(ых)-источник(и) –источников мощной электронной эмиссии
модулятор выходного напряжения
понижающий трансформатор и демодулятор выходного напряжения

^ Пояснения к рис.3

Техническая идея данного устройства (рис.3) состоит в обеспечении мощной электронной эмиссии с катодов вакуумных ламп (блок 7). Причем обеспечиваем крайне высокое напряжение для возникновения данной взрывной электронной эмиссии с них оригинальным трансформатором Тесла. Конструктивно это достигается последовательным соединением электростатической машины малой мощности через разрядники, размещенные последовательно с одной из лейденских банок, на выходе электрофорной машины

Блок 2 – необычный электромагнитно — управляемый разрядник –коммутирующий высоковольтную электрическую дугу в нем с высокой частотой например импульсным электромагнитом, В итоге высоковольтное постоянное напряжение с лейденских накопительных банок преобразуется таким образом в импульсное переменное высокое напряжение, что позволяет его далее трансформировать обычным серийным высокочастотным трансформатором малых габаритов посредством трансформатора Тесла в сверхвысокое напряжение повышенной частоты порядка 500- 800 кв. 200- 500 кгц и выше И затем после трансформации его на данной высокой амплитуде и частоте -далее обеспечиваем мощную электронную эмиссию с игольчатых катодов вакуумных электронных ламп (блок 8)и затем преобразуем эту электроэнергию с высокими амплитудой и частотой уже в требуемую амплитуду и частоту напряжения 50 герц -простым относительно компактным высокочастотным трансформатором и электронным демодулятором

И в итоге такого двойного преобразования параметров электроэнергии получаем нужные нам параметры электроэнергии в нагрузке (220 вольт 50 герц) весьма просто и дешево.. Причем отметим, что в данном предлагаемом варианте генераторного на основе электрофорной машины и оригинального преобразовательного устройства типа “модулятор- демодулятор” эту эффективную трансформацию параметров электроэнергии мы осуществим изящно, относительно дешево и просто и при минимальных габаритах такого преобразователя напряжения.

Данная структура АИЭ благодаря нескольким каскадам генерации и усиления мощности электроэнергии может теоретически обеспечивать выходную электрическую мощность в нагрузке до 1-2 мвт электроэнергии Однако ее реализация в виде опытного образца достаточно сложна и требует напряженной слаженной работы целого коллектива ученых, электронщиков,схемотехников и наладчиков.

Ниже рассмотрим более простой вариант структуры АИЭ – применимый в автономном электроснабжении нагрузки на выходную мощность до 20-30 квт

Электрофорный Генератор Узнайте больше правды об Электрофорном генераторе Вимшурста

Электрофорный Генератор или Машина Вимшурста, названа так в честь британского инженера James Wimshurst (1832-1903), и является ископаемым времен начала электротехники. Ее развитие практически остановилось при внедрении электромагнитных генераторов. Сегодня они используются только лишь для демонстрации электростатики. Таким образом потеряно много информации о них.

Принцип действия

Электрофорная машина двойного вращения состоит из двух встречно вращающихся дисков (H). На обоих дисках находятся проводящие сегменты (B), которые изолированы друг от друга. Две обкладки с обоих сторон дисков вместе образуют по одному конденсатору. Из-за этого ее еще иногда называют — конденсаторной машиной. На каждом диске находятся также по Нейтрализатор’у (M), который отводит заряд щетками с двух противоположных сегментов диска на землю. С левой и правой стороны дисков находятся коллекторы (S). В них поступают сгенерированные заряды снятые гребенками с краев как переднего, так и заднего диска. В большинстве случаев заряды собираются в конденсаторы, такие как например Лейденская банка для произведения более сильных искр.

Принцип действия Электрофорной машины — использование на обоих дисках способа взаимного усиления. Только применением секторов на дисках вообще будет возможно достичь эффекта. Имеются также модели, которые работают с чистыми дисками, однако они выдают также не такие высокие напряжения. Когда диски покрыты плоскими обкладками она состоит в принципе из многих конденсаторов, которые образуются двумя противоположными секторами поэтому расстояние между дисками пожалуй имеет существенное значение. Во время вращения обкладки конденсатора раздвигаются , вследствие чего неодноименные носители заряда разносятся на все большее расстояние друг относительно друга, что эквивалентно повышению напряжения. На дисках электрофорной машины заряды с противоположной полярностью всегда текут в противоположных направлениях. При этом Нейтрализаторы имеют решающее значение определять нулевой потенциал.

Дополнительно см. Такие же эффекты влияния у электроскопа Elektroskop .

Возможность усовершенствования

Наибольшие продажи этой машины –как учебное пособие.

Предложенные Электрофорные машины не сделаны оптимально. Много деталей изготовлено таким же образом как и в старых машинах, и едва ли кто-нибудь особо разбирался в их правильном применении. Таким образом они ошибочно используются в большинстве случаев или даже вредны.

Контроль щеток и коллектора Обязательно после покупки машины: Щетки должны быть мягки и скользить с незначительным сопротивлением трения по сегментах. Если щетки из меди будут установлены часто, они будут разрушать сегменты, производить высокое трение, которое приведет к образованию дыр. Рекомендуется, применить щетки от «серебряного дождика» (Внимание! более новые типы изготовлены из пластмассы с односторонне напыленным алюминием. Они стираются быстро и затем полоски становятся изолятором) Можно заменить их алюминиевой фольги. Если они используют только немного полос, максимально 10 штук. Здесь не текут высокие токи. Некоторые щетки в готовых машинах походят больше на шлейфконтакты. Тот, кто хочет довести машину до идеала, тот может установить в неё несколько кистей Antistatik от лазерного принтера или копировального аппарата. Такая кисть могла в большинстве случаев быть применена из волокон угля или закопченной пластмассы, которые хорошо проводят электричество. Также подойдут волокна угля.

Коллекторы не должны касаться сегментов в машинах с двумя противоположными дисками. Они являются самовозбуждающими, а напряжение так высоко, что возможен съем без прикосновения. В большинстве случаев здесь также пригодны и щетки. Но они могут быть заменены единственной проволокой (1,5 мм ² монтажный провод), конец которого заточен на конце. Округленные съемники напряжения без заостренных вершин не годятся. По меньшей мере необходима заостренная вершина. Гребень с несколькими вершинами-зубчиками еще лучше.

1.2 Принцип действия электрофорной машины. Электрофорная машина

Принцип электрофореза, влияющие факторы и типы

и. Тип заряда:

Под действием электрического поля эти заряженные частицы будут перемещаться либо на катод, либо на анод, в зависимости от природы их суммарного заряда.

ii. Напряжение:

Когда на электроды прикладывается разность потенциалов (напряжение), создается градиент потенциала (E), который представляет собой приложенное напряжение (v), деленное на расстояние «d» между двумя электродами i.е. p.d. (E) = V / d.
Когда применяется этот градиент потенциала «E», сила как молекула, несущая заряд «q» кулонов, составляет «E _q» ньютонов.
Именно эта сила движет молекулу к электродам.

iii. Сила трения:

Существует также сила трения, которая замедляет движение этой заряженной молекулы.
Эта сила трения является мерой гидродинамического размера молекулы, формы молекулы, размера пор среды, в которой проводится электрофорез, и вязкости буфера.
Скорость «v» заряженной молекулы в электрическом поле, поэтому задается уравнением. U = E _q / f, где «f» = коэффициент трения

iv. Электрофоретическая подвижность:

Чаще используется термин электрофоретическая подвижность () иона, который представляет собой отношение скорости иона и напряженности поля. т.е. = U / E.
Когда п.о. применяется, молекула с разными общими зарядами начнет разделяться из-за их различной электрофоретической подвижности.
Даже молекулы с одинаковыми зарядами начнут разделяться, если они имеют разные молекулярные размеры, поскольку они будут испытывать разные силы трения.

В. ток:

Закон Ома: V / I = R
Следовательно, оказывается, что можно ускорить электрофоретическое разделение, увеличивая приложенное напряжение, что в конечном итоге приводит к соответствующему увеличению протекающего тока.
Расстояние, пройденное ионами, будет пропорционально как току, так и времени.

vi. Тепло:

Одна из основных проблем большинства форм электрофореза — это выделение тепла.
Во время электрофореза мощность (Вт), генерируемая в одной поддерживающей среде, определяется выражением W = I ² R
Большая часть генерируемой мощности рассеивается в виде тепла.
Следующие эффекты наблюдаются при нагревании электрофоретической среды:
- Повышенная скорость диффузии ионов образца и буферных ионов, что приводит к расширению разделенных образцов.
- Образование условных токов, приводящих к перемешиванию разделенных образцов.
- Термическая нестабильность образцов, чувствительных к нагреванию.
- Уменьшение вязкости буфера и, как следствие, снижение сопротивления среды.
Если приложено постоянное напряжение, ток увеличивается во время электрофореза из-за уменьшения сопротивления, и это повышение тока еще больше увеличивает тепловыделение.
По этим причинам часто используется стабилизированный источник питания, который обеспечивает постоянную мощность и, таким образом, устраняет колебания нагрева.
Однако постоянное тепловыделение является проблемой. Для которых электрофорез проводят при очень низкой мощности (низком токе), чтобы преодолеть любые проблемы с нагревом, но это может привести к плохому разделению в результате повышенной степени диффузии из-за длительного времени разделения.
Компромиссное состояние необходимо найти с помощью разумных настроек мощности, чтобы обеспечить приемлемое время разделения и соответствующую систему охлаждения для отвода выделяющегося тепла. Хотя такая система работает достаточно хорошо, эффект нагрева не всегда полностью устраняется.

Vii. Электроэндосмос:

Явление электроэндосмоса (также известного как электроосмотический поток) является последним фактором, который может повлиять на электрофоретическое разделение.
Это явление связано с наличием заряженных групп на поверхности несущей среды.
Например, в бумаге присутствует некоторая карбоксильная группа, агароза содержит сульфатные группы в зависимости от степени чистоты, а поверхность стеклянных стенок, используемая в капиллярном электрофорезе, содержит силанольные (Si-OH) группы.
Эти группы при соответствующем pH будут ионизироваться, генерируя заряженные участки.
Именно эти заряды вызывают электроэндосмос.
В случае капиллярного электрофореза ионизированные сианольные группы создают двойной электрический слой или область разделения зарядов на границе раздела стенка капилляра / электролит.
При приложении напряжения катионы в электролите около стенок капилляров мигрируют к катоду, увлекая за собой раствор электролита.
Создает чистый электроосмотический поток к катоду.

Введение в электрофорез — Conduct Science

Электрофорез основан на том явлении, что большинство биомолекул существуют в виде электрически заряженных частиц, обладающих ионизируемыми функциональными группами. Биомолекулы в растворе при заданном pH будут существовать в виде положительно или отрицательно заряженных ионов.

Под воздействием электрического поля ионизированные биомолекулы будут перемещаться с разной скоростью, в зависимости от массы и суммарного заряда каждой частицы в растворе — отрицательно заряженная частица, анионы , , будут перемещаться к положительно заряженному электроду, или Катод и катионы , или положительно заряженные частицы, будут притягиваться к отрицательно заряженному электроду, называемому анодом .

Различия в скорости и направлении каждой заряженной частицы приведут к модели миграции, которая уникальна для ее индивидуальных свойств, что приведет к изоляции компонентов биомолекул, обладающих схожими характеристиками (Andrews, 1986, цитируется по Westermeier, и др. ., 2005, стр. 3).

Теории, относящиеся к электрофорезу

Электрофоретическое разделение происходит при приложении электрического поля между двумя электродами, катодом и анодом, которые погружены в буферный раствор.Следующие уравнения описывают явления, происходящие во время электрофореза, то есть факторы, влияющие на электрофоретическое разделение (Westermeier, et al. , 2005; Walker, 2010).

а. Настройка электрофореза определяет скорость и направление разделяемых частиц

При приложении электрического поля возникает напряжение v (В) или разность электрических потенциалов . Он представляет собой разницу в работе , необходимой для перемещения единицы заряженной частицы на определенное расстояние (d) без ускорения.Связь между приложенным электрическим полем (E) , напряжением (В), и расстоянием (d) при электрофоретическом разделении выражается как:

Для частицы, обладающей полным зарядом q кулонов, сила (F) , которая толкает заряженную частицу, пропорциональна суммарному заряду этой частицы в этом конкретном электрическом поле:

Во время электрофореза скорость (v) заряженной частицы, с которой она движется в определенном направлении в электрическом поле, выражается как:

, где f — коэффициент трения, который зависит от формы и размера частицы, разделяемой во время электрофореза, а также от размера пор среды и скорости буферного раствора, используемого при электрофорезе.

Электрическая подвижность (µ) , которая представляет собой способность заряженной частицы двигаться в ответ на приложенное электрическое поле (E) , может быть выражена скоростью (v) заряженных частиц следующим образом :

В уравнениях (1) — (4) электрическая подвижность (µ) заряженной частицы пропорциональна ее скорости (v) и чистому заряду частицы (q) , но обратно пропорциональна коэффициент трения (е) .На основе этих уравнений показано, что при любом данном электрофорезе частицы, обладающие разными размерами и зарядами, будут мобилизоваться с другой скоростью и направлением, соответственно, при условии, что приложенное электрическое поле является однородным.

Обратная пропорциональная зависимость между электрической подвижностью (µ) и коэффициентом трения (f) также предусматривает, что более мелкие частицы будут перемещаться быстрее, чем более крупные частицы. Таким образом, каждая частица будет разделена на основе их чистого заряда, размера и формы.

г. При электрофорезе выделяется тепло

Помимо интересующей заряженной частицы, ионы в растворе-буфере для электрофореза также будут ионизированы и заряжены при приложении электрического поля. Эти ионы служат проводниками, которые переносят электрический ток (I) между катодом и анодом. Соотношение между напряжением (В) и током (I) описывается законом Ома следующим образом:

, где R — электрическое сопротивление , которое определяется компонентами, используемыми при настройке электрофореза, такими как тип используемого буфера раствора и его общий объем.

Когда ток (I) встречает сопротивление (R) , электрическая энергия может быть преобразована в тепловую энергию, называемую нагревом Джоуля, , также известным как сопротивление омического нагрева. Это явление можно выразить следующим образом:

, где P — энергия за единицу времени, преобразованная из электрической в тепловую.

На основании уравнений (1) и (5) расстояние (d) электрофоретического разделения может быть уменьшено, если напряжение (В) увеличивается, , что также приведет к увеличению тока (I) и сопротивление (R) .Тем не менее, как указано в уравнении (6), увеличение либо тока (I) , либо сопротивления (R) приведет к выработке энергии (P) , которая может быть преобразована из электрической в тепловую энергию.

Чрезмерное тепловыделение во время электрофореза может привести к конвекционным токам или передаче тепла к образцам, испарению буфера раствора, изменению pH буфера раствора и термической нестабильности. Это может привести к смешиванию образцов, изменению настроек электрофореза и повреждению термочувствительных образцов.

Одной из популярных мер противодействия тепловыделению является использование стабилизированного источника питания, который может обеспечивать постоянное напряжение или ток. Тем не менее, согласно закону Ома в уравнениях (5) и (6), приложения постоянного напряжения или тока не могут устранить тепловыделение. Следовательно, идеальная настройка электрофореза должна быть компромиссом между мощностью, , т.е. настройками напряжения и тока, и временем разделения (Walker, 2010).

Электрофорез в геле
— определение, цель и этапы
Определение электрофореза в геле
Гель-электрофорез — это процедура, используемая для разделения биологических молекул по размеру.Разделение этих молекул достигается помещением их в гель с небольшими порами и созданием электрического поля поперек геля. Молекулы будут двигаться быстрее или медленнее в зависимости от их размера и электрического заряда.
Обзор гель-электрофореза
Процесс гель-электрофореза работает, потому что отрицательно заряженные молекулы удаляются от отрицательного полюса электрического тока, а молекулы меньшего размера будут двигаться быстрее, чем молекулы большего размера. Таким образом, разделение по размерам достигается в пуле молекул, проходящих через гель.Гель работает аналогично сите, разделяя частицы по размеру. Электрофорез перемещает частицы, используя свой собственный электрический заряд, через сито.
Когда исследователи пытаются различить, например, разные сегменты ДНК, процесс прост. Образцы загружаются в каналы в начале геля. Каждая молекула ДНК имеет одинаковый заряд (-1), потому что ДНК образована одними и теми же 4 нуклеотидами и всегда несет слегка отрицательный заряд независимо от ее размера. Следовательно, каждая молекула ДНК будет иметь одинаковую силу, протягивая ее через гель.
Однако размер каждой молекулы препятствует ее прохождению через гель. Большие молекулы ударяются о части гелевой матрицы и замедляются. Небольшие молекулы ДНК могут скользить между различными компонентами гелевой матрицы и быстро переходить на другую сторону геля. По прошествии определенного времени можно увидеть агрегацию окрашенных молекул ДНК в различных областях геля, в зависимости от того, как далеко они переместились во время гель-электрофореза. Это позволяет исследователям идентифицировать сегменты и сравнивать ДНК разных организмов.
Для чего используется гель-электрофорез?
Цель гель-электрофореза — визуализировать, идентифицировать и различать молекулы , которые были обработаны предыдущим методом, таким как ПЦР, ферментативное расщепление или экспериментальные условия. Часто смеси нуклеиновых кислот или белков, собранные в предыдущем эксперименте / методе, подвергают гель-электрофорезу для определения идентичности или различения молекул.
Шаги для гель-электрофореза
Общие этапы стандартного протокола гель-электрофореза ДНК:
1. Подготовка образцов к запуску
ДНК выделяется и предварительно обрабатывается (например, ПЦР, ферментативное расщепление) и смешивается с некоторым основным синим красителем, чтобы помочь визуализировать движение образца через гель.
2. Готовят раствор агарозного геля ТАЕ
Буфер
TAE обеспечивает источник ионов для создания электрического поля во время электрофореза.Отношение веса к объему агарозы в буфере TAE используется для приготовления раствора. Например, если требуется 1% гель агарозы, 1 г агарозы добавляют к 100 мл TAE. Используемый процент агарозы определяется ожидаемым размером ДНК. Если кто-то хочет разделить пул полос ДНК меньшего размера (<500 п.н.), готовится гель с более высоким процентным содержанием агарозы (> 1%). Более высокий процент агарозы создает более плотное сито для увеличения разделения небольших различий в длине ДНК.Раствор агароза-ТАЕ нагревают до растворения агарозы.
3. Отливка геля
Раствор ТАЕ агарозы наливают в лоток для литья , который после охлаждения и затвердевания раствора геля образует пластину геля с рядом лунок вверху.
4. Подготовка камеры для электрофореза
Твердый гель помещают в камеру, заполненную буфером TAE. Гель располагается так, чтобы лунки камеры были ближе всего к отрицательному электроду камеры.
5. Загрузка геля
Лунки гелевой камеры загружаются образцами ДНК, и обычно лестница ДНК также загружается в качестве эталона для размеров.
6. Электрофорез
Отрицательный и положительный выводы подключаются к камере и источнику питания, на котором устанавливается напряжение. При включении источника питания создается электрическое поле. , и отрицательно заряженные образцы ДНК начинают мигрировать через гель от отрицательного электрода к положительному.
7. Остановка электрофореза и визуализация ДНК
Когда синий краситель в образцах ДНК прошел через гель достаточно далеко, источник питания отключают, гель удаляют и помещают в раствор бромистого этидия. Бромид этидия внедряется между ДНК и виден в УФ-свете. Иногда бромид этидия добавляют непосредственно в раствор агарозного геля на этапе 2. Гель, окрашенный бромидом этидия, затем подвергается воздействию УФ-излучения и делается снимок. полосы ДНК визуализируются на каждой дорожке, соответствующей лунке камеры. Также визуализируется загруженная лестница ДНК и можно оценить длину полос ДНК. Пример приведен на рисунке ниже.
Гель-электрофорез
Типы гель-электрофореза
Существует два типа гель-электрофореза: нативный и денатурирующий. Электрофорез в нативном геле обычно пытается сохранить РНК или белок в его нативной структуре при прохождении через гель.Денатурирующий гель-электрофорез пытается восстановить РНК или белок до его наиболее линейной структуры до или во время гель-электрофореза.
Денатурация РНК или белка достигается добавлением восстанавливающего агента к образцу, гелю и / или буферу. Восстанавливающий агент разделяет связи в молекуле РНК или белка и тем самым уменьшает ее вторичную структуру. Вторичная структура белка или РНК будет нелинейным образом влиять на скорость его миграции через гель. Однако денатурированная линейная форма РНК или белка будет мигрировать пропорционально своему линейному размеру (парам оснований или килодальтонам). Денатурирующий гель-электрофорез часто более точен для определения размера, тогда как нативный гель-электрофорез обычно используется для идентификации более крупных белковых комплексов.
Примеры гель-электрофореза
TAE-электрофорез в агарозном геле чаще всего используется для анализа ДНК.
TBE и денатурирующий PAGE (электрофорез в полиакриламидном геле) являются общими для разделения РНК.
SDS PAGE представляет собой денатурирующий гель-электрофорез, обычно используемый для идентификации и разделения белков.
Тест
Объясните электрофорез, его принцип и факторы, определяющие его
Q.5. (c) Объясните, что такое электрофорез, его принцип и факторы, определяющие его
Ответ 5. (c) Электрофорез: это метод, используемый для разделения и иногда очистки макромолекул, особенно белков и нуклеиновых кислот, которые различаются по размеру, заряду или конформации.Таким образом, это один из наиболее широко используемых методов в биохимии и молекулярной биологии.
Электрофорез определяется как миграция заряженных ионов в электрическом поле. В металлических проводниках электрический ток переносится движением электронов в основном по поверхности металла. В растворах электрический ток течет между электродами и переносится ионами. Ионы, которые мигрируют к аноду из-за своей анодной миграции, называются «анионами». Ионы, которые будут мигрировать к катоду, называются «катионами».
Принцип: Когда заряженные молекулы помещаются в электрическое поле, они перемещаются либо к положительному, либо к отрицательному полюсу в зависимости от своего заряда. В отличие от белков, которые могут иметь либо чистый положительный, либо отрицательный суммарный заряд, нуклеиновые кислоты имеют постоянный отрицательный заряд, передаваемый их фосфатным остовом, и мигрируют к аноду.
Ион, помещенный в такое электрическое поле, будет испытывать силу:
Где,
F = электрофоретическая сила
K = постоянная
q = чистый заряд на белке (атомные заряды / молекула белка)
Эта сила заставит белок ускоряться либо к катоду, либо к аноду, в зависимости от знака его заряда.Конечно, существуют и другие силы, такие как сила трения, когда ионы движутся в электрическом поле. Их влияние нелегко понять с помощью формулы, поэтому мы ее опускаем.
Электрофорез использует тот факт, что разные ионы имеют разную подвижность в электрическом поле и поэтому могут быть разделены таким образом.
Белки и нуклеиновые кислоты подвергаются электрофорезу в матрице или «геле». Чаще всего гель отливают в форме тонкой пластины с лунками для загрузки образца.Гель погружают в буфер для электрофореза, который обеспечивает ионы для переноса тока, и некоторый тип буфера для поддержания pH на относительно постоянном уровне.
Сам гель состоит из агарозы или полиакриламида, каждый из которых имеет свойства, подходящие для конкретных задач.
Факторы, влияющие на электрофорез:
Движение белков зависит от различных аспектов. Внутри геля молекулы должны проходить сквозь него, перемещаясь от одного полюса к другому.Более мелкие молекулы могут легче входить и выходить из матрицы геля по сравнению с более крупными молекулами. Как правило, молекулы движутся быстро, если они имеют больший общий заряд, имеют форму шара и меньший диаметр
1) pH буферного раствора
Он влияет на направление и скорость миграции белка.
Движение белков зависит от различных аспектов; одна из них — это заряды на белках. Белки представляют собой последовательность аминокислот, которые могут быть ионизированы в зависимости от их кислотного или основного характера.Чистый электрический заряд белка — это сумма электрических зарядов, обнаруженных на поверхности молекулы в зависимости от окружающей среды.
Скорость миграции будет зависеть от силы их чистых поверхностных зарядов: белок, несущий больше положительных зарядов, будет двигаться к катоду с большей скоростью. Напротив, белок, несущий больше -ve зарядов, будет двигаться к аноду с большей скоростью. В этом отношении белки можно разделить на основе их электрических зарядов.
В зависимости от pH буфера белки в образце будут нести разные заряды.В pI (изоэлектрической точке) конкретного белка молекула белка не несет суммарного заряда и не перемещается в электрическом поле. При pH выше pI белок имеет чистый отрицательный заряд и мигрирует к аноду. При pH ниже pI белок получает чистый положительный заряд на своей поверхности и мигрирует к катоду.
2) Ионная сила буфера
Он влияет на долю тока, переносимого белками
При низкой ионной силе белки будут переносить относительно большую часть тока и, следовательно, будут иметь относительно быструю миграцию.При высокой ионной силе большая часть тока переносится ионами буфера, поэтому белки будут перемещаться относительно медленно. Для визуализации этого эффекта ионной силы может быть полезна аналогия. Представьте себе банк, в котором есть два счетчика — один для внесения анода) и один для снятия (= катод), а электроны — это деньги. Ионы можно рассматривать как клиентов, ожидающих обслуживания у любого из прилавков, которые можно представить как находящиеся на противоположных концах банковского зала.
Поэтому при электрофорезе предпочтительна низкая ионная сила, поскольку она увеличивает скорость миграции белков. Также предпочтительна низкая ионная сила, поскольку она дает меньшее тепловыделение. Предполагая постоянное напряжение, если ионная сила увеличивается, электрическое сопротивление уменьшается, но ток будет увеличиваться. Следовательно, буфер с высокой ионной силой приведет к большему тепловыделению, поэтому предпочтительна низкая ионная сила.
3) Градиент напряжения
Скорость миграции будет зависеть от градиента напряжения: в электрическом поле больше градиент напряжения, белок будет двигаться к аноду (или катоду) с большей скоростью.
4) Электроосмос
Относительное движение жидкости по твердой среде в электрическом поле называется электроосмосом. В приложенном электрическом поле электроосмос искажает поток пробы и ограничивает разделение. Например, бумажный электрофорез имеет низкое разрешение из-за электроосмоса. Поверхность бумаги имеет -e, поэтому буфер имеет + e, полученный из ионов водорода из-за электростатической индукции.
Затем + e подает буфер к катоду в электрическом поле, эти потоки искажают электрофоретическую миграцию образца, вызывая изменяющееся время пребывания.Таким образом, образец будет двигаться больше или меньше, чем обычно.
ПРИСОЕДИНИТЬСЯ К СЕРИИ ТЕСТОВ ДЛЯ ФАРМАТЮТОРОВ
Подпишитесь на оповещения о вакансиях Pharmatutor по электронной почте
Безопасность электрофореза — Управление оборудованием
Приборы для электрофореза
не обязательно должны работать при высоких напряжениях, необходимых для таких процедур, как секвенирование ДНК, чтобы представить опасность поражения электрическим током. Даже электрофорез в агарозном геле при 100 вольт или меньше может вызвать смертельный шок при токе 25 миллиампер.Меры предосторожности для безопасной эксплуатации аппарата для электрофореза во избежание поражения электрическим током во время использования описаны ниже.
Общие меры предосторожности
При размещении или работе рядом с устройством для электрофореза или рядом с ним избегайте непреднамеренных точек заземления и проводов (например, раковин и других источников воды, металлических пластин, алюминиевой фольги, ювелирных изделий, труб или другого металлического оборудования). Если для работы, чувствительной к свету, требуется затемненная коробка, черная ткань фотографа будет работать, пока она не соприкасается с буфером.Рекомендуются непроводящие скамейки (деревянные или пластиковые) и полы (и / или резиновые коврики).
Всегда думайте и смотрите, прежде чем прикасаться к какой-либо части устройства. Тонкая пленка влаги может служить хорошим проводником электричества.
Некоторые блоки питания при первом включении создают высокие скачки напряжения, даже если напряжение установлено на ноль. Не игнорируйте правила безопасности только из-за низкого напряжения. Изменения нагрузки, отказ оборудования или скачки напряжения могут в любой момент поднять напряжение.
Не прикасайтесь к охлаждающим устройствам, подключенным к гелю. Ток можно проводить по трубке.
Не запускайте оборудование для электрофореза без присмотра.
Если буфер для электрофореза пролился или вытекает из контейнера с гелем, немедленно остановите цикл и очистите столешницу.
Разместите предупреждающие знаки «Опасно — высокое напряжение» на блоке питания и буферных резервуарах.
Начало страницы
Выбор подходящего места для размещения оборудования
Разместите оборудование в таком месте, где его будет нелегко опрокинуть или споткнуться.
Разместите блок электрофореза и его источник питания так, чтобы переключатель включения / выключения был легко доступен, а световой индикатор питания был хорошо виден.
Всегда сохраняйте достаточное пространство вокруг устройства. Не допускайте свисания проводов под лабораторным столом. На лабораторном столе разместите источник питания так, чтобы не приходилось тянуться к устройству для выполнения подключений для включения или выключения питания. По возможности размещайте блок питания на полке над коробкой с гелем. Хорошая уборка важна.
Начало страницы
Подготовка к эксплуатации
Проверьте источник питания, чтобы убедиться, что все переключатели, индикаторы и плавающая выходная цепь работают нормально. Запишите дату проверки и проверки на обрыв цепи и защиту GFI, если источник питания имеет эту функцию.
Осмотрите изоляцию высоковольтных проводов на предмет признаков износа (например, оголенных проводов, трещин или разрывов и т. Д.) И убедитесь, что эти предметы не свисают над столом.
Проверьте правильность функционирования всех функций защитной блокировки, включая сигнализацию. Не переключайте устройства безопасности.
Осмотрите буферные резервуары на предмет трещин или утечек, открытых разъемов или отсутствующих крышек и устраните недостатки перед использованием.
Подключите оба провода питания одновременно (чтобы один провод не попал под напряжение в руке) к источнику питания перед включением источника питания или подсоединяйте по одному проводу только одной рукой.
Убедитесь, что ваши руки в перчатках сухие, когда вы подключаете провода или прикасаетесь к электрическому оборудованию.
Начало страницы
Послеоперационный период
Перед открытием крышки выключите питание. Не полагайтесь на предохранительные блокировки, так как они могут выйти из строя.
Пользователь должен всегда выключать главный выключатель источника питания и подождать 15 секунд (напряжение не может быть полностью разряжено с внутренних конденсаторов), прежде чем производить какие-либо отключения или подключения. После использования выключите источник питания, прежде чем отключать оба провода от источника питания.
Начало страницы
Средства индивидуальной защиты и обучение
Главные исследователи или руководители лабораторий несут ответственность за инструктаж и демонстрацию безопасного использования устройств для электрофореза лабораторным работникам. Инструкция должна охватывать рабочие процедуры, написанные производителем и / или лабораторией, а также связанные с ними опасности, правильные средства индивидуальной защиты (лабораторные халаты, перчатки и средства защиты глаз), а также соответствующие чрезвычайные ситуации.
Начало страницы
Электрофорез — обзор | ScienceDirect Topics
Принципы
Электрофорез — это общий термин, который описывает миграцию и разделение заряженных частиц (ионов) под действием электрического поля. Электрофоретическая система состоит из двух электродов с противоположным зарядом (анод, катод), соединенных проводящей средой, называемой электролитом. Эффект разделения на ионные частицы возникает из-за различий в их скорости ( v ), которая является произведением подвижности частицы ( м ) и напряженности поля ( E ):
1v = mE.
Подвижность ( м ) ионной частицы определяется размером, формой и зарядом частицы, а также температурой во время разделения и является постоянной при определенных электрофоретических условиях.
Электрофоретические условия характеризуются электрическими параметрами (ток, напряжение, мощность) и такими факторами, как ионная сила, значение pH, вязкость, размер пор и т. Д., Которые описывают среду, в которой движутся частицы.
Отвод тепла, образующегося при прохождении электрического тока, является одной из основных проблем в большинстве форм электрофореза.Любая разница температур вызывает изменения в скорости миграции через среду, что приводит к искажению полос разделенных молекул. Ясно, что было бы идеально, если бы электрофоретические анализы можно было проводить при постоянной температуре.
Различные режимы разделения и их основные характеристики приведены в таблице 1; более подробное обсуждение следует в следующих разделах.
Таблица 1. Режимы электрофореза и основные характеристики систем
Режим Характеристики
Зональный электрофорез Возможное постоянное воздействие ионной силы, с непрерывным действием pH системы на опорной среде
Изотахофорез Прерывистая система электролита, концентрирующий эффект, миграция с той же скоростью
Изоэлектрическая фокусировка Непрерывная электролитная система, стабильный и линейный градиент pH, отсутствие эффекта молекулярного просеивания
39 905 электрофорез? | Кливер Научный
Электрофорез — это электрокинетический процесс, при котором заряженные частицы в жидкости разделяются с помощью поля электрического заряда.Это наиболее часто используется в науках о жизни для разделения молекул белка или ДНК и может быть достигнуто с помощью нескольких различных процедур в зависимости от типа и размера молекул. Процедуры в чем-то различаются, но все они нуждаются в источнике электрического заряда, поддерживающей среде и буферном растворе. Электрофорез используется в лабораториях для разделения молекул по размеру, плотности и чистоте.
Как это работает?
К молекулам приложено электрическое поле, и, поскольку они сами электрически заряжены, на них действует сила.Чем больше заряд молекулы, тем больше сила, приложенная электрическим полем, и, следовательно, тем дальше через поддерживающую среду молекула будет двигаться относительно своей массы.
Некоторые примеры применения электрофореза включают анализ ДНК и РНК, а также электрофорез белков, который представляет собой медицинскую процедуру, используемую для анализа и разделения молекул, обнаруженных в образце жидкости (чаще всего в образцах крови и мочи).
Виды электрофореза
В качестве поддерживающей среды для электрофореза обычно используются различные типы гелей, и они могут быть в форме пластин или пробирок, в зависимости от того, что более выгодно.Гелевые пластины позволяют одновременно обрабатывать множество образцов и поэтому часто используются в лабораториях. Однако гели для пробирок дают лучшее разрешение результатов, поэтому их часто выбирают для электрофореза белков.
Агарозный гель обычно используется для электрофореза ДНК. Он имеет крупнопористую структуру, позволяющую более крупным молекулам легко перемещаться, но он не подходит для секвенирования более мелких молекул.
Электрофорез в полиакриламидном геле (PAGE) имеет более четкое разрешение, чем в агарозном геле, что делает его более подходящим для количественного анализа.Это позволяет определить, как белки связываются с ДНК. Его также можно использовать для понимания того, как бактерии становятся устойчивыми к антибиотикам, с помощью анализа плазмид.

История создания электрофорной машины

Принцип работы электрофорной машины

Конструкция электрофорной машины

Индукционные нейтрализаторы в электрофорной машине

Применение электрофорных машин в современной науке

Сборка электрофорной машины своими руками

Меры безопасности при работе с электрофорной машиной

Перспективы развития электрофорных машин

Как устроена электрофорная машина?

Из чего состоит электрофорная машина?

принцип действия, как работает, конструкция, устройство и применение

Немного из истории изобретения

Конструкция электрофорной машины

Что такое банки Лейдена

Каков принцип работы электрофорной машины

Применение электрофорной машины

Электрофорная машина: конструкция, индукционные нейтрализаторы

Конструкция

Общая идея

Объяснение принципа работы

Индукционные нейтрализаторы

Вместо заключения

Благодарности

Проект «Сборка электрофорной машины»

Что такое электрофорная машина и как она работает? Принцип действия электрофорной машины Электрофорная машина из cd

Немного из истории изобретения

Конструкция электрофорной машины

Что такое банки Лейдена?

На чем основана работа электрофорной машины?

Каков принцип работы аппарата?

Как это работает — теория

Характеристики устройства

Материалы и компоненты

Что представляет из себя электрофорная машина?

Основные детали

Изготовление электрофорной машины

Электрофорный Генератор Узнайте больше правды об Электрофорном генераторе Вимшурста

Принцип действия

Возможность усовершенствования

1.2 Принцип действия электрофорной машины. Электрофорная машина

Похожие главы из других работ:

II. Принцип действия

1.4.2 Принцип действия ГТУ

5.1 Принцип действия

Принцип действия

Принцип действия

6. Принцип действия

1.1.2.1. Принцип действия.

Принцип действия

Принцип действия

1.2 Описание конструкции. Принцип действия прибора и принцип работы привода механизма арретирования

3. Принцип действия

2.3 Принцип действия

2.2.1 Принцип действия

1. Конструкция электрофорной машины

2. Демонстрация экспериментов электрических законов с применением электрофорной машины Вимшурста

Принцип электрофореза, влияющие факторы и типы

Введение в электрофорез — Conduct Science

Теории, относящиеся к электрофорезу

а. Настройка электрофореза определяет скорость и направление разделяемых частиц

г. При электрофорезе выделяется тепло

— определение, цель и этапы

Для чего используется гель-электрофорез?

Шаги для гель-электрофореза

1. Подготовка образцов к запуску

2. Готовят раствор агарозного геля ТАЕ

3. Отливка геля

4. Подготовка камеры для электрофореза

5. Загрузка геля

6. Электрофорез

7. Остановка электрофореза и визуализация ДНК

Типы гель-электрофореза

Примеры гель-электрофореза

Тест

Объясните электрофорез, его принцип и факторы, определяющие его

Безопасность электрофореза — Управление оборудованием

Электрофорез — обзор | ScienceDirect Topics

Принципы

Как это работает?

Виды электрофореза