Электрофорная машина

Электрофо́рная машина (генератор Уимшерста) — это демонстрационный вспомогательный прибор по теме «электричество». Работает на основе явления электростатической индукции. При этом на полюсах машины (лейденских банках) накапливаются электрические заряды, разность потенциалов на разрядниках достигает нескольких сотен тысяч вольт.

Описание работы

Конструкция машины включает в себя два соосных диска (А и В) из изолирующего материала, на которые нанесены проводящие сегменты. Диски приводятся во встречное вращение с равной угловой скоростью. Предположим, что сегмент A1 вначале несёт небольшой избыточный положительный заряд, а сегмент B1 — отрицательный. Когда A1 движется влево, а B1 — вправо, их потенциалы растут за счёт работы, выполняемой против силы их электростатического притяжения. Когда A1 достигает положения напротив сегмента B2 пластины B, который в этот момент контактирует со щёткой Y, он будет под высоким положительным потенциалом и, таким образом, вызовет разделение заряда в проводнике, который соединяет Y и Y1, перенеся большой отрицательный заряд на B2 и большой положительный заряд на удалённый сегмент, которого в этот момент касается щётка Y1.

Двигаясь дальше, A1 касается щётки Z и частично разряжается во внешнюю цепь (нагрузкой может быть, например, лейденская банка). При последующем вращении дисков, А1 касается щётки X, которая связана проводником со щёткой X1, и снова получает заряд, на этот раз отрицательный, который отталкивается отрицательно заряженным сегментом B2 (находящимся в этот момент напротив сегмента на диске А, контактирующего со щёткой X1). Таким образом, положительный заряд переносится справа налево верхней частью диска А, а отрицательный слева направо его нижней частью.

История

В 1865 году немецким физиком-экспериментатором Августом Тёплером была разработана электрофорная машина. Независимо от Тёплера, но в то же время электрофорная машина была изобретена также изобрёл другим немецким физиком Вильгельмом Гольцем. В сравнении с машиной Теплера, машина Гольца позволяла получать большую разность потенциалов и могла использоваться в качестве источника постоянного электрического тока. В то же время у нее была более простая конструкция. В 1880-1883 годах она была усовершенствована английским изобретателем Джеймсом Вимшурстом. Электрофорные машины, которые в настоящее время используются для демонстраций, представляют собой модификации машины Вимшурста.