Как работает электрофорная машина. Из каких основных частей она состоит. Какие материалы понадобятся для изготовления в домашних условиях. Пошаговая инструкция по сборке электрофорной машины своими руками. Какие эксперименты можно проводить с помощью самодельного электростатического генератора.
Что такое электрофорная машина и как она работает
Электрофорная машина — это устройство для получения высокого напряжения путем электризации трением и электростатической индукции. Она состоит из двух дисков, вращающихся в противоположных направлениях, на которых закреплены металлические сегменты. При вращении дисков происходит разделение электрических зарядов, которые затем собираются специальными щетками.
Основные части электрофорной машины:
- Два диэлектрических диска с металлическими секторами
- Приводной механизм для вращения дисков
- Щетки для снятия зарядов
- Коллекторы для накопления зарядов
- Разрядники для получения искры
При работе машины на дисках образуются разноименные заряды, которые затем собираются щетками и накапливаются на коллекторах. За счет этого между коллекторами возникает высокая разность потенциалов в десятки и сотни тысяч вольт.
Принцип действия электрофорной машины
Работа электрофорной машины основана на следующих физических явлениях:
- Электризация трением при вращении дисков
- Электростатическая индукция между секторами дисков
- Разделение и накопление разноименных зарядов
При вращении дисков происходит их электризация за счет трения о воздух. На одном диске образуется положительный заряд, на другом — отрицательный. Металлические сектора на дисках выступают в роли обкладок конденсатора. Под действием электростатической индукции заряды перераспределяются между секторами.
Щетки снимают заряды с секторов и передают их на коллекторы. За счет постоянного вращения дисков процесс разделения и накопления зарядов продолжается непрерывно. В результате на коллекторах накапливается высокий электрический потенциал.
Материалы и компоненты для изготовления электрофорной машины
Для сборки простейшей электрофорной машины в домашних условиях понадобятся следующие материалы:
- 2 компакт-диска (CD или DVD)
- 2 электромотора от старых CD-приводов
- Алюминиевая фольга или скотч
- Медная проволока для щеток
- Пластиковые или деревянные стойки
- Винты, гайки, шайбы для крепежа
- Источник питания на 3-5В
Из инструментов потребуются паяльник, плоскогубцы, отвертка, ножницы. Для более сложных конструкций могут понадобиться дополнительные материалы — оргстекло, эпоксидная смола, лейденские банки и т.д.
Пошаговая инструкция по сборке электрофорной машины
Процесс изготовления простейшей электрофорной машины своими руками включает следующие этапы:
- Подготовка дисков — очистка CD от защитного слоя
- Наклеивание секторов из алюминиевой фольги на диски
- Крепление дисков на валы электромоторов
- Изготовление стоек и крепление на них моторов с дисками
- Изготовление и установка щеток из медной проволоки
- Сборка коллекторов из металлических пластин
- Подключение источника питания к моторам
Важно обеспечить минимальный зазор между дисками и надежный электрический контакт щеток с секторами. От этого зависит эффективность работы машины.
Эксперименты с самодельной электрофорной машиной
С помощью собранной своими руками электрофорной машины можно провести ряд интересных опытов по электростатике:
- Получение искрового разряда между коллекторами
- Электризация различных предметов
- «Электрический ветер» — отклонение пламени свечи
- Свечение газоразрядных ламп
- Притяжение легких предметов наэлектризованным телом
Такие демонстрации наглядно показывают действие электростатических сил и свойства высоковольтных зарядов. Однако при работе с высоким напряжением важно соблюдать технику безопасности.
Меры предосторожности при работе с электрофорной машиной
При проведении экспериментов с электрофорной машиной необходимо соблюдать следующие правила безопасности:
- Не прикасаться к коллекторам и разрядникам во время работы машины
- Не допускать попадания влаги на устройство
- Работать только на изолирующем основании
- Не подключать к машине посторонние предметы и приборы
- Проводить опыты под наблюдением взрослых
Несмотря на относительно небольшую мощность, напряжение на выходе машины может достигать сотен тысяч вольт. Поэтому важно соблюдать осторожность и не допускать случайного поражения током.
Применение электрофорных машин в науке и технике
Помимо демонстрационных целей, электрофорные машины нашли применение в различных областях науки и техники:
- Научные исследования в области физики высоких энергий
- Испытания изоляционных материалов высоким напряжением
- Электростатическая очистка воздуха и газов
- Нанесение порошковых покрытий в промышленности
- Ускорители заряженных частиц в ядерной физике
Современные промышленные электрофорные генераторы способны создавать напряжение в миллионы вольт. Это позволяет использовать их для решения сложных научных и технических задач.
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.
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.
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, 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 демодуляторомИ 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
Как сделать электрофорную машину в домашних условиях, электростатический генератор хайда
Содержание
- 1 Конструкция электрофорной машины
- 2 Конструкция электрофорной машины
- 3 Электрофорная машина — электростатический генератор для экспериментов и классов физики PEG-20
- 4 Электростатический генератор своими руками | 2 Схемы
- 4.1 Как это работает — теория
- 4.2 Характеристики устройства
- 4.3 Материалы и компоненты
- 5 Как это работает — теория
- 6 Основной принцип работы электрофорной машины
- 7 Как происходит накопление заряда?
- 8 Шаг 1: Разбираем ионизатор
- 9 Конструкция
- 9.1 Общая идея
- 10 Шаг 4: Запитываем генератор
- 11 Индукционные нейтрализаторы
- 12 Конструкция электрофорной машины
Конструкция электрофорной машины
Первая электростатическая машина появилась около 1650 г.
Ее сконструировал немецкий ученый, бургомистр Магдебурга 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.Электрофорная машина была создана в 1865 немецким физиком-экспериментатором Августом Теплером. Одновременно с Теплером и независимо от него электрофорную машину изобрёл другой немецкий физик Вильгельм Гольц (1836-1913). Машина Гольца по сравнению с машиной Теплера позволяла получать большую разность потенциалов и могла использоваться в качестве источника постоянного электрического тока. В то же время она имела более простую конструкцию. Между 1880 и 1883 годом её усовершенствовал английский изобретатель Джеймс Вимшурст. Используемые в настоящее время для демонстраций электрофорные машины представляют собой модификации машины Вимшурста.
Электростатика — раздел электродинамики изучающей взаимодействие неподвижных электрических зарядов. В процессе изучения этой науки в качестве демонстрационного вспомогательного прибора используют электрофорную машину или генератор Вимшурста. Она предназначена для получения больших зарядов и высоких разностей потенциалов. Используя явление электромагнитной индукции на полюсах машины накапливаются электрические заряды, а разность потенциалов на разрядниках достигает нескольких сотен тысяч вольт. Ее прототип был создан в 1865 году. Машина состоит и двух вращающихся в противоположные стороны дисков. На стойках двух лейденских банок. Внешние обкладки банок соединены между собой по средствам подвижной пластины расположенной между двумя зажимами, внутренние соединены с отдельными кондукторами. Ручки кондукторов изолированы во избежание удара током при изменении положение кондукторов относительно друг друга. На внешней стороне дисков нанесены аллюминивые секторы. В соприкосновение с ними входят счетки.
Диски приводятся в движение непосредственно при помощи ременной передачи (рисунок 1). Все части машины смонтированы на пластмассовых стойках, которые вместе с лейденскими банками укреплены на общей деревянной подставке. При вращении дисков один из секторов несет некий положительный заряд, а противоположный ему сектор отрицательный. Когда секторы движутся в разные стороны их потенциалы растут за счет работы выполняемой против сил их электростатического притяжения. При вращении дисков происходит разделение заряда. Между кондукторами мы видим разряд и слышим треск. Сила тока зависит от быстроты вращения дисков. Она не велика, но напряжение огромно. Поэтому не допускается контакт с кондукторами.Рисунок 1
Конструкция электрофорной машины
Как очистить стиральную машину в домашних условиях
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.Электрофорная машина — электростатический генератор для экспериментов и классов физики PEG-20
Вниманию юных техников и физиков, а так же учителей физики рады представить электрофорную машину — электростатический генератор для экспериментов и классов физики PEG-20. Данный прибор это генератор статического заряда, состоящий из двух колес, вращающихся во взаимно противоположных направлениях. В наше время очень часто данное устройство используется учителями на уроках физики для демонстрации силы электрической дуги. Данный прибор представляет собой современный вариант генератор Вимшурста и является индукционной электростатической машиной. В ней статический заряд образуется не с помощью трибоэлектричества, когда присутствует трение, а через индуцирование зарядов. Прибор выполнен из пластика и металлических элементов и имеет размер 24 х 28,5 х 20 см.
Принцип использования очень прост, достаточно просто начать крутить за соответствующую ручку и прибор начинает работать. При вращении рукоятки диски начинают двигаться в противоположных направлениях. Щетки начинают контактировать то с одними, то с последующими металлическими полосками. С каждым оборотом начинает накапливаться всё больший и больший заряд, что обеспечивает увеличение потенциала на контактах. Как только накопленный заряд достигает максимального значения дальнейший рост заряда прекращается. Для лучшего накопления используют конденсаторы в виде лейденских банок. После накопления заряда, приблизив контакты достаточно близко друг к другу, происходит «разрядка» которую прекрасно видно, после чего рост заряда вновь продолжается.В быту, в таком виде данный прибор не используется, а служит лишь историческим экспонатом, иллюстрирующим историю возникновения и развития научно-технического прогресса и инженерной мысли. Лабораторная демонстрация показывает различные явления и эффекты электричества.
Если Вы учитель физики или директор учебного заведения, где ученикам наглядно демонстрируют те или иные физические явления, тогда данная электрофорная машина — электростатический генератор для экспериментов и классов физики PEG-20 станет для Вас просто незаменимым инструментом в области знакомства с электричеством.Меры предосторожности:
Не допускайте к машине и не давайте играть с данным генератором детям
Используйте данный генератор только будучи хорошо знакомым с ее возможностями и с мерами предосторожности
Поскольку машина генерирует высокое напряжение, не прикасайтесь к металлическим частям во время работы с машиной.
Не забудьте разрядить электроды металлической ручкой «Y» после завершения эксперимента.
Не поворачивайте ручку слишком сильно, так как система шкивов может быть повреждена.
Если искра не видна или не слышна, проверьте машину на предмет попадания влаги в щетки. Высушить машину можно подержав на солнце или рядом с нагревательным прибором (до удаления влаги). . Спецификация:Спецификация:
- Возможность использования для демонстрации экспериментов в классах физики
- Материал: металл, пластик
- Размер: 24 х 28,5 х 20 см
- Вес: 1,4 кг.
Комплектация:
Электрофорная машина — электростатический генератор для экспериментов и классов физики PEG-20 – 1 шт.
Электростатический генератор своими руками | 2 Схемы
Как почистить посудомоечную машину в домашних условиях: советы по чистке
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.
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.
Как это работает — теория
Как сделать электрошокер в домашних условиях
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
Основной принцип работы электрофорной машины
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.
Есть заявка?
Подберем всё оборудование и мебель, подготовим документы и поставим с отсрочкой 45 дней.
Как происходит накопление заряда?
Предположим, что первый круг имеет недостаток свободных зарядов, что в нашем случае означает недостаток свободных электронов в металлических пластинах.
При движении второго диска его пластины будут поочередно соприкасаться со щетками на проводнике 8, и, соответственно, на них будет образован избыток свободных носителей зарядов.Это происходит потому, что пластины с обоих сторон, между которыми расположен диэлектрик (материал дисков), представляют собой плоский конденсатор, но такой конденсатор, обкладки которого двигаются. Электрический заряд на таком конденсаторе индуцируется, или иначе говоря — наводится.
Дальше происходит следующее. Пластины, второго диска, дойдя до щеток контакта 6 отдадут свои электроны в накопитель в виде лейденской банки (конденсатор). Эта лейденская банка будет накапливать заряд -Q. Затем настанет очередь следующих за ними пластин и так далее. Аналогичный процесс происходит и на первом диске, так как он так же вращается, но в другом направлении. Здесь можно сказать, что свободные носители как бы выкачиваются из другой лейденской банки, тем самым образуя на ней недостаток электронов, а значит ею приобретается заряд +Q.
Чем чаще пластины обоих дисков соприкасаются со щетками на проводниках 6 и 7, тем большее количество зарядов накапливается на них. Лейденские банки, если они установлены, будут заряжаться всё сильнее и сильнее, до тех пор, пока кулоновские силы не начнут противодействовать дальнейшему накоплению зарядов. Это значит, что есть предел накопления, который можно характеризовать также и разностью потенциалов (напряжением) между двумя контактами 6 и 7.
Если же в дальнейшем разрядить оба контакта, накопившие +Q и -Q, либо друг на друга, либо передать заряд в другую электрическую емкость, то дальнейшее накопление заряда станет вновь возможным.
Вы можете спросить. Откуда берется первоначальный заряд? Дело в том, что он существует всегда. Любые два проводника, разделенные диэлектриком (газ, жидкость, твердое тело) всегда имеют емкость, и более того, они имеют разность потенциалов, что говорит о наличии на одном таком проводнике большего количества свободных носителей зарядов, чем на другом.
Электрофорная машина Вимшурста является машиной с самовозбуждением, то есть для начала ее работы не требуется подвод какого-либо дополнительного заряда.
Шаг 1: Разбираем ионизатор
Ионизаторы такого типа разбираются очень просто. Если вы будете использовать их по назначению, то корпус, скорее всего, сам треснет уже через неделю. С помощью плоскогубцев моно легко вскрыть корпус и получить доступ к плате устройства. К слову, хочу заметить, что я бы не подключал такое устройство к USB-порту компьютера. Высоковольтные устройства лучше вообще не подключать к компьютеру.
Если вы обратите внимание на последние две картинки, то заметите, что я разделил устройство на две секции. Первая часть, близкая к USB, представляет собой конвертер, который преобразует постоянный ток от USB в переменный ток, который затем проходит через крошечный трансформатор во вторую часть устройства
Вторая часть состоит из цепи четырех последовательных усилителей напряжения, которым для работы нужен переменный ток.
Но в конце мы имеем постоянный ток, который направляется на белый провод.Схема представляет как раз то, что нужно, чтобы получить статический заряд, но нам нужно модифицировать её так, чтобы она работала от батареек.
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?- https://odinelectric.ru/knowledgebase/chto-takoe-elektrofornaya-mashina-i-kak-ona-rabotaet
- https://fb.ru/article/136480/elektrofornaya-mashina—printsip-rabotyi-kak-sdelat-elektrofornuyu-mashinu-svoimi-rukami
- https://vashtehnik.ru/enciklopediya/elektrofornaya-mashina.html
Шаг 4: Запитываем генератор
Источники питания USB, под которые проектируются такие устройства, дают на выходе 5 Вольт постоянного тока. Достаточно сложно найти батарейку с таким же напряжением, но обычно электроприборы могут работать в небольшом диапазоне напряжений, поэтому мы можем совместить три батарейки на 1.5V и этого вполне должно хватить.
Чтобы соединить их, оголите небольшой участок заземляющего провода (также оставив длинный изолированный его конец) и согните его, чтобы можно было придавить этот участок к отрицательной клемме батареек. Я добавил к оголенной части немного припоя и она стала держать форму.
Затем поместите пачку батареек между двумя проводами, положительный вход совместите с положительной клеммой батареек, а заземляющий провод соедините с отрицательной клеммой батареек.
Небольшое количество изоленты удержит батарейки вместе и плотно прижмёт провода к их клеммам.При желании на положительный провод можно припаять выключатель, но я решил, что устройство будет всегда включено. Для выключения я просто просовываю небольшую пластиковую пластину между батареек, и она разрывает соединение.
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.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.
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.Оцените статью:
Введение в электрофорез — наука о поведении
Электрофорез — это метод разделения молекул в их жидком состоянии на основе их способности двигаться в электрическом поле. Различные формы и виды электрофореза стали ведущими методами анализа биомолекул в биохимии и молекулярной биологии, включая такие генетические материалы, как ДНК или РНК, белки и полисахариды.
Принцип электрофореза
Электрофорез основан на том явлении, что большинство биомолекул существуют в виде электрически заряженных частиц, обладающих ионизируемыми функциональными группами. Биомолекулы в растворе при данном рН будут существовать в виде положительно или отрицательно заряженных ионов.
При воздействии электрического поля ионизированные биомолекулы будут мигрировать с различной скоростью, в зависимости от массы и суммарного заряда каждой частицы в растворе — отрицательно заряженные частицы, анионы , будут мигрировать 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 характеру миграции, уникальному для ее индивидуальных свойств, что приведет к выделению компонентов биомолекул, обладающих сходными характеристиками (Эндрюс, 1986, как указано в Westermeier, et al. , 2005, p. 3).
Теории, связанные с электрофорезом
Электрофоретическое разделение происходит при приложении электрического поля между двумя электродами, катодом и анодом, погруженными 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. Параметр электрофореза определяет скорость и направление разделяемых частиц
При приложении электрического поля возникает v напряжение (В) или разность электрических потенциалов . Он представляет собой разницу в работе , необходимой для перемещения единицы заряженной частицы на определенное расстояние (d) без создания ускорения. Соотношение между приложенным электрическим полем (Е) , напряжением (В), и расстоянием (d) при электрофоретическом разделении выражается как:
E=V/d (1) суммарный заряд этой частицы в этом конкретном электрическом поле:
F=qE (2) Во время электрофореза скорость (v) заряженной частицы а, с которой она движется в определенном направлении в электрическом поле, выражается как:
v=qE/f (3) где f — коэффициент трения, зависящий от формы и размера частиц электрофореза.
на размер пор среды и скорость буферного раствора, используемого в электрофорезе.электрическая подвижность (мк) , которая представляет собой способность заряженной частицы двигаться в ответ на приложенное электрическое поле (e) , можно выразить со скоростью (v) заряженных частиц следующим образом:
ОСНОВНЫЕ СТРУКТУРЫ СИЛОВОЙ КОНСТРУКЦИИ АВТОНОМНОГО ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ (АИЭ) 
3 
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
Ее сконструировал немецкий ученый, бургомистр Магдебурга 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.
Диски приводятся в движение непосредственно при помощи ременной передачи (рисунок 1). Все части машины смонтированы на пластмассовых стойках, которые вместе с лейденскими банками укреплены на общей деревянной подставке. При вращении дисков один из секторов несет некий положительный заряд, а противоположный ему сектор отрицательный. Когда секторы движутся в разные стороны их потенциалы растут за счет работы выполняемой против сил их электростатического притяжения. При вращении дисков происходит разделение заряда. Между кондукторами мы видим разряд и слышим треск. Сила тока зависит от быстроты вращения дисков. Она не велика, но напряжение огромно. Поэтому не допускается контакт с кондукторами.
Вызывается явление процессом трения о воздух. Из-за симметричности конструкции нельзя заранее предсказать итоговый знак.
Процесс способствует резкому росту поверхностной плотности зарядов во всех точках съема.
Результат – заряды на обоих сегментах приравниваются к нулю, вся энергия превращается согласно закону Джоуля-Ленца в тепло, образующееся на утолщенной медной жиле.
Принцип использования очень прост, достаточно просто начать крутить за соответствующую ручку и прибор начинает работать. При вращении рукоятки диски начинают двигаться в противоположных направлениях. Щетки начинают контактировать то с одними, то с последующими металлическими полосками. С каждым оборотом начинает накапливаться всё больший и больший заряд, что обеспечивает увеличение потенциала на контактах. Как только накопленный заряд достигает максимального значения дальнейший рост заряда прекращается. Для лучшего накопления используют конденсаторы в виде лейденских банок. После накопления заряда, приблизив контакты достаточно близко друг к другу, происходит «разрядка» которую прекрасно видно, после чего рост заряда вновь продолжается.
Если Вы учитель физики или директор учебного заведения, где ученикам наглядно демонстрируют те или иные физические явления, тогда данная электрофорная машина — электростатический генератор для экспериментов и классов физики PEG-20 станет для Вас просто незаменимым инструментом в области знакомства с электричеством.
. Спецификация:
достаточно нажать на кнопку включения и подождать некоторое время до накопления заряда на электродах.
В результате накачки увеличивается напряжение, кроме того в машинке работает эффект раздвигания обкладок конденсатора, что также способствует увеличению напряжения.
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.
При движении второго диска его пластины будут поочередно соприкасаться со щетками на проводнике 8, и, соответственно, на них будет образован избыток свободных носителей зарядов.
Но в конце мы имеем постоянный ток, который направляется на белый провод.
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.
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.
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.
Где взять энергию для смены знака?
Небольшое количество изоленты удержит батарейки вместе и плотно прижмёт провода к их клеммам.
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.
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.
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.
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.
, 2005; Walker, 2010).
на размер пор среды и скорость буферного раствора, используемого в электрофорезе.
92 R
Тем не менее, согласно закону Ома в уравнениях (5) и (6), приложения постоянного напряжения или тока не могут устранить выделение тепла. Таким образом, идеальная настройка электрофореза должна быть компромиссом между мощностью, , т.е. настройками напряжения и тока, и временем разделения (Walker, 2010).
Тем не менее, этот формат электрофореза уязвим для конвекционного тока, а разрешение разделения низкое из-за смешивания образцов в буферном растворе, что может привести к перекрытию компонентов или частиц, обладающих схожими характеристиками (Jorgenson, 19).86).
При подаче электрического тока образцы движутся с разной скоростью, что определяется их массой и зарядом (q) . После завершения процесса разделения компоненты образца, обладающие сходными характеристиками, выделяются в отдельную зону (Becker, 1973) . 
Оба электролита обладают тем же видом заряда, что и интересующая частица в образце. При подаче электрического тока наибольшую подвижность будет иметь ведущий электролит, за которым следуют заряженные частицы в образце и концевые электролиты соответственно.
Ионы в терминирующем электролите (ТЭ) обладают наименьшей подвижностью. В ITP идентичность заряженных частиц отражается в напряжении или напряженности электрического поля, изображенных на оси y . Концентрация каждой частицы отражается в продолжительности времени ее обнаружения (L). На этом рисунке частица А имеет наибольшую концентрацию в образце, за ней следуют частицы В и С соответственно.
Ниже приведены избранные методы электрофореза, основанные на различных форматах электрофореза.
Более высокий процент акриламидного геля (10-20%) обычно используется при электрофорезе в полиакриламидном геле с додецилсульфатом натрия (ДСН), при котором белки разделяются в денатурированных условиях в зависимости от их размера (Walker, 2010). ; Чанг, 9 лет0011 и др., 2014).
0011 и др. , 2012).
Повторное приложение двух переменных электрических полей под разными углами в конечном итоге покажет дальнейшее расстояние миграции для более мелких молекул ДНК с высокой молекулярной массой и более короткое расстояние миграции для более крупных молекул ДНК с высокой молекулярной массой (Westermeier, 2005; Westermeier 9).0011 и др., 2005; Уокер, 2010). 
, 2005). Компоненты в образце разделяются по длине капилляра в зависимости от формата проводимого электрофореза. На другом конце капилляра отдельные компоненты обнаруживаются на детекторе , где время обнаружения или время удерживания записывается автоматически.
Таким образом, антигены в интересующем образце можно разделить на основе их способности связываться с данным антителом (Nowotny, 1979).
Современные настройки аффинного электрофореза основаны либо на гель-электрофорезе, либо на капиллярном электрофорезе (Kinoshita et al., 2015).
Система документации геля часто оснащена камерой, которая может визуализировать визуализацию геля для количественного определения или последующего анализа.
По сравнению с окрашиванием авторадиография более чувствительна.
ПЦР-амплифицированные продукты в большинстве случаев разделяют гель-электрофорезом или капиллярным электрофорезом. ПЦР в сочетании с разделением и обнаружением с помощью капиллярного электрофореза стала стандартным рутинным методом судебно-медицинского анализа неизвестных образцов ДНК.
Перед масс-спектрофотометрией образцы разделяют с помощью определенных форматов или видов электрофореза, обычно в 2D-модели. Затем интересующий компонент подвергается МС для идентификации.
Аналитик, 139 (22), 5635–5654. https://doi.org/10.1039/C4AN01179A
В К. Уилсон и Дж. М. Уокер (ред.), Принципы и методы биохимии и молекулярной биологии (7-е изд.). Кембридж: Издательство Кембриджского университета.
Отстраненный от спорта по состоянию здоровья, юный Оливер много времени проводил со своим лучшим другом в мастерской друга; отец этого друга был производителем точных часов и предоставил мастерскую на чердаке для своего сына. До 11 лет Оливер Смитис точно знал, что хочет стать ученым, но не знал слова, обозначающего его призвание. «Лучшее, что я мог придумать, было: я хочу быть изобретателем — в результате чтения комиксов об изобретателях», — говорит он восторженной аудитории в своей лекции 2015 года на 65-й встрече лауреатов Нобелевской премии в Линдау.
Но когда он рассказывает историю своей жизни, он, кажется, предпочитает рассказывать более ранние истории, например, об изобретении им гель-электрофореза во время работы в Торонто в 19-м веке.50-е годы. До этого он работал постдоком в Университете Висконсин-Мэдисон по стипендии Фонда Содружества, но эта стипендия помешала ему впоследствии остаться в США. Обычно он вернулся бы в Великобританию, но он только что обручился с Лоис Китце, аспиранткой из Висконсина, поэтому начал искать постдока в Канаде.
Он приступил к изучению инсулина с помощью электрофореза, но вскоре очень разочаровался в этом методе. Тогда это в основном проводилось с фильтровальной бумагой, смоченной в буфере, затем наносился образец и давался мигрировать, но результаты выглядели как длинные мазки, которые не помогали его исследованиям.
Его отец продавал страховки фермерам Йоркшира, и ему нужно было выглядеть респектабельно. А в конце дня стирки крахмал превратился в желе.
Он объясняет это и призывает своих слушателей, в основном аспирантов, аспирантов и докторантов, всегда делать бумажные копии важных данных. «Этому файлу данных почти шестьдесят лет — вы не сможете создать свой файл данных через 60 лет, если не сделаете печатную копию!» Им не следует полагаться на свои компьютеры, «потому что вы не можете читать дискеты сейчас, и вы не сможете читать компакт-диски через десять лет»: действительно очень здравый совет от девяностолетнего человека.
