Конденсаторна машина Воммельсдорфа
Введення
Воммельсдорф описав кілька варіацій цієї машини вздовж Роки, включаючи повністю закриті машини та машини з подвійним обертанням, подібно до кількох машин Wimshurst, які були предметом його дисертація доктора інженерії. Він також розвивався Триплексні машини Wimshurst. Інший цікава машина, яку він розробив, була відома як машина Версена, на честь цього інструмента Будівельник, який зробив його популярним. Це була щось на кшталт машини Holtz з диском із вбудованими сектори, доступні через кнопки перед машиною. У Воммельсдорфі була фірма під назвою «Berliner Elektros Gesellschaft M.B.H.», який створив його машини під торговою маркою «Wommella».
Три машини Воммельсдорфа можна побачити в Музеї Fisica, в університеті «La Sapienza» в Римі, Італія. У травні 2000 року я відвідав той музей і зміг Уважно спостерігайте за машинами. Деякі предмети були неможливими спостерігаємо, як внутрішню конструкцію дисків і індуктивностей, але їх можна було вивести зі старих текстів. Тоді я вирішив зробити Побудуй одну. Це не був би простий проєкт, оскільки структура Машина досить складна. Але я хотів перевірити, чи все Це ускладнення може призвести до значного зростання продуктивності порівняно, наприклад, з простішою машиною Voss.
Будівництво
Я зробив диски у вигляді стопки з трьох білих акрилових дисків з Товщиною 2,5 мм, склеєний епоксидним (аралдитним) клеєм. У центральний диск, який має менший діаметр (27,5 см), я виправив 32 сектори з клейкої алюмінієвої фольги, по 16 з кожного боку, Антернативно. Сектори, довжиною 6 см, на відстані 0,5 см від краю Центральний диск має тонку вкладку довжиною 0,5 см, що загинається над краєм диск був єдиною ділянкою секторів, відкритою для контакту. Сектори покривають більшу частину активної площі, але центральний диск Це добре ізольує сектори один від одного. Клей завершує утеплення. Зовнішні диски мають похилий виріз у край, тому зібрані диски мають паз на краї, де щітки можуть контактувати з внутрішнім Секторів.
Я зробив пластини для індуктивності з паперу з центральною частиною Алюмінієва фольгована смужка, затиснута між парами чорного акрилу пластини товщиною 2,5 мм, склеєні епоксидним клеєм. Вони мають доступ лише через маленькі отвори в пластинах. Внутрішні індуктори трималися на відстані 8 мм від країв пластин, слідуючи своїм зовнішня форма, що закінчується на кілька сантиметрів від опор Пластини.
Ця машина має дивну конструкцію з двома боковими конструкції з дерева, безпосередньо підключені до високої напруги і ізольована від основи двома ізоляційними ніжками та плоскою Обмежуйте кожну і одну одну з них двома довгими горизонтальними планками вище, що завершує структуру. Я зробив усе складним Бічні конструкції з кількома дерев'яними спорудами планки та блоки, кожен з'єднаний гвинтами. Були виготовлені ізолятори з нейлоновими стрижнями діаметром 2 см і чорними акриловими пластинами, з ніжками закріплений до основи різьбовими стержнями та гайками через оброблене дерево основи та горизонтальні планки, закріплені гвинтами. Індуктивність пластини закріплені на цих бічних структурах, на горизонтальній бруси, а також ізоляційні опори знизу дерев'яними блоками, різьбовими Стержні та сліпі гайки.
Вісь для дисків виготовлена зі сталевого прута діаметром 6 мм (взято від відкинутого принтера), підтримуваних двома дерев'яними опорами, виготовлений у двох частинах: конічна вертикальна опори та горизонтальні циліндри з кульковими підшипниками. The диски закріплені на осі центральним циліндричним нейлоновим блоком де їх прикручують трьома гвинтами кожен, а також маленьким акрилом диски для розподілу тиску. Блок закріплений на осі Фіксованим гвинтом. Вісь рухається за допомогою системи блоків із Невеликий блок у осі та великий блок із колінчастим механізмом ззаду. Множення швидкості у системі блоків приблизно 5,6 разів (я починав з 10 часи, але шкіряний шнур надмірно ковзав у маленькому блок).
Термінали виготовлялися методом прядіння металу. Один — це куля, а інший — округлий диск. Вони в пастці Латунні балки 1/4", які входять у труби, встановлені в бічні структури. Трубки закінчуються округлими фланцями, які підтримують прути, зовнішні з латуні, а внутрішні — Нейлонові. Трубки з'єднані гвинтами з вертикальними латунними планками які підключаються до колекторів заряду нижче.
Перед машиною розташована складна мережа комутаторів. Два важелі з боків з'єднуються збирачі заряду для лейденських банк, а також два перемикачі під'єднуйте лейденські банки до гачків, які служать для зовнішніх Підключення. Фронтальні вузли підтримуються двома 2-см Нейлонові прути. Вимикачі виготовлялися з латунних стрижнів, округлих циліндрів і 10 суцільних латунних кульок (які я здав на токарному верстаті). Планки, кульки та нейлонові ручки з'єднані секціями Різьбовий стрижень 3/16". Опори для перемикачів такі: 3/16" латунні стрижні з поздовжніми слотами, які підключаються до отвори в кульках або округлих циліндрах.
Фіксовані лейденські банки виготовлялися з пластикові келихи для пива. Я зняв їхні бази (які були окремими деталі) та виготовляли прості дерев'яні опори, закріплені до основи за допомогою різьблені стрижні, шайби та гайки так, щоб деякі Свобода для коригування розташування основ. Зовнішня частина Пластини банки (алюмінієва фольга) торкаються смужок алюмінієвої фольги У основах, які з'єднуються зі стержнями, що фіксують основи. Проводів нижче основи з'єднують лейденські банки з точкою Іскровий проміжок перед машиною, де з'єднання для Можна взяти імпульсний вихід. Внутрішні пластини лейденських глечиків Підключіть до вертикальних планок, які йдуть до вузлів вимикачів. The Банки можна легко зняти, відкрутивши кулю за допомогою різьбовий стержень у вузлах перемикачів.
Нейтралізатор — ще один складний монтаж латунних трубок, нейлонових циліндрів і 8 латуні кульки, з'єднані внутрішніми різьбовими стрижнями. Пензлі, зроблені з нікель-хромований дріт торкається секторів дисків і вставляється контакт через перемикач посередині збірки. An ізольована ручка дозволяє обертати нейтралізатор за допомогою Машина працює і перемикач відкритий (висока напруга в планки в такому стані). Нейтралізатор закріплений на короткому замиканні сталевий планка, який вставляється у вертикальну передню опору. Гвинт Ручка збоку від опори дозволяє фіксувати Його місцезнаходження.
Усі щітки були зроблені з тонких нікелево-хромових дротів, просто 2–4 дроти на щітку. Дроти просто вставлялися тонкими пластикові трубки з ізоляції дроту, складені для відкриття зовнішня сторона трубок для електричного контакту. Трубки потім були вставлені в отвори в опорах вимикача, залишивши Там під тиском. Пластикові трубки допомагають зберігати щітки у канавках і зробити їх більш стійкими до руйнування. Там у нейтралізаторі 4 пензлі, 4 дюйми збирачі заряду та дві щітки для апропріації, які заряджають дві лобові пари індуктивних пластин. Ці пензлі встановлені на коротких горизонтальних металевих стрижнях, ізольованих акрилом блоки, прикріплені до дерев'яної конструкції, що торкаються кнопок контакту з пружинами на поверхнях пластин індуктивності. Ззаду Пара індуктивностей заряджається щітками, які беруть заряд від поверхня заднього диска, як у Гольца машини. Для симетрії я додав відповідну пару таких «Щітки Гольца» також у центральній парі індуктивностей. Щітки кріпляться у металевих ґудзиках, які торкаються індукторів. Я не знайшов жодного документа, що описував би цю систему, але та сама система, очевидно, використовується в машинах у Римі. Щітки Holtz і пензлі для збирання заряду насправді не мають такого ефекту торкайтеся дисків, але тримайте їх поруч. Інші повинні Touch або машина не запускається сама по собі.
Нарешті, я лакував усі дерев'яні частини кількома шарами поліуретановий лак і лакування металевих деталей шелаком лак.
Продуктивність
Загальна площа секторів на одному диску обчислюється як 0,035 м2. Коли сектори залишають пластини індуктивності, вони однаково заряджені, тому електричного поля немає між дисками. Враховуючи максимальне електричне поле в повітрі при 30 кВ/см, максимальна щільність заряду на зовнішній поверхні дорівнює сектори розраховуються як 26,55 мкС/м². Диски Обертання зі швидкістю 11,2 обертів на секунду з 2 обертами на секунду на шатулі. Враховуючи, що те саме відбувається з протилежною полярністю на З іншого боку, і за умови, що струм низький через нейтралізатори при виході в короткому замиканні заряд передавався на колектори заряду на два диски за секунду, тобто Максимальний вихідний струм отримується як: i = 2 x 2 x 11,2 x 26,55e-6 x 0,035 = 41,6 мкА. Перше подвоєння пов'язане з цими двома диски, а інші — через реверсацію полярності на колекторах.
Подібні результати, пропорційно, були отримані в тестах з іншою машиною такого типу, більший (побудований компанією Serge Klein у Франції у 2000 році). Я міг би отримати до 90 мкА обертання якомога швидше (4-5 обертів на секунду). Це той самий вихідний струм, що й у моєї потужної машини Triplex. Старі таблиці, що відображаються Однак продуктивність цих машин вказує на поточні значно більші. Можливо, це наслідок дуже високої ротації швидкість — це також збільшує довжину іскри.
Машина демонструє періодичні зміни полярності з крапкою це зменшується разом із вихідною напругою. Вимикач нейтралізатора спричиняє негайне розворотне положення, якщо відкрито, доки іскри не перестануть проходити через нього (більше ніж на 1 см) і знову закриваються після мить. Якщо перемикач залишений відкритим, машина зупиняється одразу ж струм припиняється на виході. Це два корисні функції для перемикача. З виходом на низькій напругі або в Коротке замикання машина працює з нейтралізуючим вимикачем відкривати.
Точковий іскровий розрив дає короткий Іскри, коли іскри стрибають у головних терміналах. Відстань це впливає на енергію іскор і може бути використане для Контролюй це.
Я не дуже впевнений у ізоляційних властивостях епоксидний клей, який я використав для герметизації дисків, і деякі поверхні можуть були забруднені вологістю до того, як я їх приклеював, але Ізоляція машини й так не дуже хороша. The Нейлонові ізолятори досить гігроскопічні, а дерев'яна конструкція може виділяти корону, особливо без лаку. Ізоляція між індукторами та виходом також малий і може бути Причина реверсів полярності після тривалих іскор, коли Раптове падіння напруги на бічних структурах може тривати деякий час Заряд від індукторів. Вимірювання опору на низькій напругі демонструє опори близько 20000 МКМ між сусідніми секторами диски та між клемами машини. Це Досить низькі значення для електростатичної машини.
Щоб покращити ізоляцію машини, я закрив краї індуктивностей U-подібні пластикові смужки. Це допомогло, збільшивши потужність струм при високих напругах. Я також помітив, що машина працює значно краще з більшими лейденськими банками. Додавання пари Банки на 200 пF у машину, додаючи до звичайних 50 пФ банки, які вона вже була, я міг подовжити довжину іскри звичайним термінали до 5 см і довжину іскри з додатковою маленькою кулькою до 11 см. Ці іскри отримували, обертаючи машину дуже Швидко, і з широко відкритим нейтралізатором, але все одно іскріння (2 см або більше). Машина створює спалах іскри коли кульковий термінал додатний, повертає полярність, утворює вибух корони на кулячому терміналі, і через деякий час повертається назад Знову ж таки, повторюючи процес. Якщо нейтралізаторний перемикач працює закриті іскри менші, а реверси відбуваються довше період. Якщо він повністю відкритий, машина повертає полярність при Швидкий темп, іскри також менші.
У цій першій версії машина була упереджена відносно низький опір клею, який використовується для герметизації дисків, та індукторів. Він працював досить добре при роботі на високій швидкості, коли його високий вихідний струм компенсує втрати, але при запуску була проблемною. Порівнюю його з іншими моїми машинами з дисками такого ж розміру його продуктивність була просто регулярною. Поточний був як і очікувалося, довжина іскри була меншою, ніж очікувалося. через втрати були такими ж великими, як і в інших машинах. Часті Зміни полярності були проблемою, ймовірно, спричиненою недостатня ізоляція між індуктивностями та клемами, але цього майже неможливо уникнути у машині з фіксованим індукторів.
Покращення дизайну починаються з кращої ізоляції, використання іншої системи для герметизації дисків і індукторів, і замінивши нейлонові ізолятори. Відстані між диски та індуктивності могли бути меншими або регульованими, тому Оптимальне значення можна було знайти. Вони приблизно на 5 мм, що виглядає високою для машини такого розміру, але, здається, меншою Відстань лише призведе до швидшого запуску, при цьому більші відстані, що призводить до більшого часу між змінами полярності. Відстані в оригінальних машинах також були великими. The Відстань між дисками та опорами індуктивності могла бути збільшити для кращої ізоляції. Фронтальні перемикачі можуть бути довше, щоб звільнити з'єднувальні гачки з лейденських банк, які частково знаходяться нижче них. Центральний диск збірок дисків Може бути тоншим для більш рівномірного електричного поля з обох боків секторів. Лейденські банки могли б бути більшими.
Поліпшень
Я зробив нову термінальну кулю, трохи меншу і з маленьким латунна куля (діаметром 1,2 см), безпосередньо закріплена гвинтом. The Результат був дещо кращим, ніж із склеєною кулею діаметром 9 мм, іскри досягали 12 см у сухий день. Цей Типи клем, кулькові клеми, потребують меншої напруги а не звичайні двошарові термінали для тієї ж довжини іскри.
До травня 2002 року я вніс кілька змін у матеріали, які використовувалися у Машину для покращення ізоляції. Спочатку я замінив усі критичні ізолятори, виготовлені з нейлонових стрижнів виробництва Teflon, замінили шкіряний приводний шнур на поліуретановий шнур, і Відновив диски та індуктори. Я розібрав їх, відшліфував Поверхні очищені, а також встановлені нові сектори (трохи менші) ширина) та індуктивні пластини. Диски я запечатав гарячим клеєм, Накладаючи намистини на сектори за допомогою інструменту нанесення клею а також переплавлення клею в духовці разом із дисковими збірками затиснуті між скляними пластинами. Це призвело до деякої деформації акрилових пластин, переважно усадки, але диски все ще залишалися Придатна для використання, і тепер з хорошою ізоляцією. Я не клеїв індуктивність Пластини, але просто накрив папір і металеві індуктивності двома шари клейкої пластикової фольги, залишаючи їх між двома пластини, що формують кожен індуктивність. Ізоляція, отримана в цьому шляху було недостатньо, і машина не могла створювати іскри з більш ніж 4 см, поки я не встановив накладки на краях індукторів. Завдяки цьому машина перевищила свою попередню продуктивність, досягнення іскри на 13,5 см і потужність 50 мкА Струм зі швидкістю 2 оберти на секунду на кривошипі. Максимальний струм, обмежений практичною швидкістю обертання, легко перевищує 100 мкА. Також були виявлені деякі відмінності в експлуатації. Машина Працює навіть при повністю відкритому нейтралізаторі і забирає довший час для повернення полярності, навіть із регулярним Лейденським Лейденом Банки. Машина зараз досить потужна, хоча її дуже легко зробити Кренк.
Подальшими покращеннями стали створення нових дисків, запечатаних щось, що не спричиняє деформацію акрилових пластин, і, можливо, щоб зробити нові індукторні індуктори, належно герметичні, щоб Прибрати кришки країв. Цікаво, що ебонітні диски на старих машинах, які я бачив, здається, мають виготовлено з канавкою на краю, обробленою після дисків були побудовані. Краї внутрішніх секторів були видимі в Грув — достатній для контакту. Індуктивні пластини не були склеєні, але з товстими ізоляційними пластинами, складеними по краях.
Стара машина
У червні 2001 року я знайшов стару машину Воммельсдорфа в музеї в Федеральний університет Жуїз-де-Фора (Жуїз де Фора, Мінас Жерайс, Бразилія). Це невелика машина з одним диском діаметром 26 см, бренду «Wommella», майже ідентичну класичній машині, описаній Воммельсдорфом у 1920 році [с. 84]. Ці фото показують фронтальний вигляд і задню частину Погляд на нього. Бічні вертикальні опори та основа Виготовлена з дерева, з двома ебонітовими ізоляторами з кожного боку та горизонтальна ебонітна планка над диском, дві ебонітові руки біля боки підтримують лейденські jars і вихідні перемикачі. Жоден гак не є присутні під перемикачами. Перемикачі з'єднують заряд Колекціонери до лейденських банк. Вихідні клеми, куля та диск, безпосередньо підключені до колекторів заряду через Ізольовані бруси. Диск і ізолятори виготовлені з ебоніту. Індуктивності виготовлені з гнучкого Чорний матеріал, не дуже товстий, можливо целулоїд. Це не так запечатаний, але складається з трьох частин, один утворює своєрідну зовнішню оболонку, що включає внутрішню пластину, та секцію, що ізолює зовнішній край від деревини машини структура. У внутрішніх пластинах є паперові індуктивності, склеєні, накриваючи металеві смуги, що закінчуються шпильками, що перетинають ізоляцію пластини, які мають вставлятися в отвори в ебонітових структурах, що утримують апропріацію Пензлі. Індуктивності утримуються на місці за допомогою гвинтів, які фіксуються до ебонітових блоків, закріплених у бічних конструкціях, до верхньої частини горизонтальні планки, і до блоку в основі. Пензлі — це всі зроблений із товстих пучків тонких металевих лез. Збирачі заряду щітки монтуються безпосередньо в дерев'яній конструкції. Машина не був у робочих умовах, але був відновлюваний.
Моя машина: вигляд спереду, правий бік, задня частина Вигляд, лівий бік.
Немає коментарів:
Дописати коментар