המכונה האלקטרופורטית של גולץ

התקופה ההיסטורית של המחקר הניסיוני הפעיל ביותר בתחום תופעות החשמל קשורה להופעתו של הראשון מכונות אלקטרוסטטיות, שפעולתם אפשרה להשיג אנרגיה חשמלית עקב ביצוע עבודה מכנית.

עבודה מכנית כללה סיבוב של חלקים מסוימים של המכונה, שבה התגברו על כוחות המשיכה (המנוגדים) והדחייה (באותו שם) מטענים חשמליים, שהיו קיימים על האלמנטים המחושמלים של המכונה.

ניסויים במכונות כאלה תרמו להבנה טובה יותר של החוקרים של אז את עצם טבעו של החשמל ואת עקרונות האינטראקציות החשמליות.

יצירת מכונת החיכוך האלקטרוסטטית הראשונה היסטוריונים מייחסים למדען הגרמני אוטו פון גריקה, אשר בשנת 1650 יצר מכשיר כזה בפעם הראשונה. זו הייתה מכונה שעבודתה התבססה על התופעה הידועה אז של חשמול גופים באמצעות חיכוך. למכונות חיכוך, לעומת זאת, יש חסרון משמעותי - פעולתן דורשת הפעלת כוחות מכניים גדולים.

בניגוד למכונות החיכוך שנוצרו מאוחר יותר מכונות אלקטרופוריות (אינדוקציה). נמנעו מהחיסרון הזה, שכן כדי להשיג אנרגיה חשמלית הם לא היו צריכים מגע ישיר של החלקים המחושמלים עם המשרן (עם החלק שגרם לחשמול).

אז, המכונה האלקטרופורית הראשונה, כלומר, מכונה אלקטרוסטטית שאינה דורשת חיכוך הדדי של חלקיה כדי להשיג חשמול, נבנתה בשנת 1865 על ידי פיזיקאי גרמני אוגוסט טפלר... הממציא היה בדעה שמכונות אלקטרופורטיות הן שיאפשרו ייצור יעיל של חשמל באמצעות המרה של אנרגיה מכנית.

בזמנו, פיזיקאי גרמני וילהלם גולץ (הולץ הגרמני), ללא תלות ב-Topler, עיצב מכונה אלקטרופורטית פשוטה ויעילה יותר שייצרה הפרש פוטנציאל גדול ואף יכולה לשמש כמקור זרם ישר לתאורה. המכונות של גולץ הפכו למכונות האלקטרופורטיות הראשונות שהופיעו בכיתות של מוסדות חינוך.

חלקים עיקריים של מכונת גולץ - שני דיסקים מזכוכית ומסרקי מתכת שנועדו להסיר את המטען. אחד הדיסקים נייח והשני יכול להסתובב. הדיסקים מותקנים על ציר משותף. באחת ממיצגי המוזיאון קוטר הדיסק הנייח 100 ס"מ ואילו הדיסק המסתובב הוא 94 ס"מ.

הדיסק הנייח מונחת על לוח אבוניט ונתמך במצב אנכי על ידי עיגולי אבוניט על מעמדים מבודדים. חלונות נחתכים על הדיסק הנייח, שעל גבו מודבקים מגזרי נייר לא שלמים הנקראים מסגרות.

הלוחיות מסתיימות בלשונות נייר, שהקצוות המחודדים שלהן מפנים לכיוון הדיסק הנעים ומעוקלים מעט.הדיסקים, המסגרות והלשונות מצופות בגומילק (חומר שרף).

מסרקות פליז מותקנים לאורך הקוטר האופקי של הדיסק הנייד, מלפנים, בכל אחד מצידיה. מסרקים אלו מחוברים לחוטי פליז מתאימים, שבקצותיהם כדורים מוליכים, דרכם עוברים מוטות פליז המסתיימים בכדורים מבפנים, עם ידיות עץ (בידודיות) מבחוץ. ניתן להזיז מקלות על ידי הזזת הכדורים זה מזה או קרוב יותר.

צנצנות ליידן (עם צלחות פנימיות) ניתנות לחיבור למוליכים שהצלחות החיצוניות שלהם מחוברות זו לזו באמצעות חוט. שני עמודי פליז בקדמת המכונה משמשים לחיבור חוטים; ניתן להישען את הכדורים על העמודים הללו פשוט על ידי הטיית החוטים.

הדיסק הקדמי מוגדר להסתובב באמצעות כונן רצועה ומערכת גלילים המחוברים לידית שבעזרתה הנסיין מפעיל את המנגנון הזה. עם זאת, לפני שמתחילים לעבוד עם המכונה, יש צורך לחשמל את מגזרי הנייר (מסגרות) במטענים מנוגדים (נסמן אותם כ-p + ו-p-).

מסגרות אלו, הטעונות, עקב תופעת האינדוקציה האלקטרוסטטית, יפעלו על הדיסק המסתובב, והדיסק יפעל בתורו על המסרקים O ו-O'.

כשהדיסק מסתובב, המסגרת (בחלון F) עם מטען p + תגרום (תגרום) למטען שלילי בגב הדיסק המסתובב m ומטען באותו סימן יימשך לרכס O, שוב עקב לתופעה של אינדוקציה אלקטרוסטטית. חלק מהדיסק m' יקבל מטען שלילי מהמסרק O, והמסרק O עצמו, יחד עם המוליך C שלו והכדור r, יהיו אפוא טעונים חיובית.

אז הדיסק מחושמל באופן שלילי משני הצדדים שלו (במקומות m ו-m'), והחוט בצד שמאל של המכונית חיובי. הדיסק ממשיך להסתובב וכעת חלקים משטחו m ו-m 'מגיעים לחלון F' הממוקם על הדיסק הנייח מימין.

השפעת המתלה עם מטען שלילי p המותקן כאן מועצמת על ידי פני השטח m ', כלומר מטען חיובי יימשך מהרכס O' אל הדיסק. בהתאם לכך, גם החוט C' וגם הכדור r' יהיו טעונים שלילי. פני השטח m מקבל מטען חיובי הנמשך על ידי הרכס. הדיסק ממשיך להסתובב והמחזור חוזר על עצמו.

גנרטורים אלקטרוסטטיים נחשבים למקורות העתיקים ביותר של מתח חשמלי: כיצד פועלים ופועלים גנרטורים אלקטרוסטטיים