Elektrofor funguje ako nepretržitý zdroj elektrickej energie. Toto zariadenie sa často používa ako pomocné zariadenie na demonštráciu rôznych elektrických javov a efektov. Aký je však jeho dizajn a funkcie?
Trošku z histórie vynálezu
Elektroforový stroj vyvinul v roku 1865 nemecký fyzik August Tepler. Je zvláštne, že celkom nezávisle iný experimentálny vedec, Wilhelm Goltz, vynašiel podobný dizajn, ale ešte dokonalejší, keďže jeho prístroj umožňoval získať veľké potenciálne rozdiely a mohol slúžiť ako zdroj jednosmerného prúdu. Okrem toho bol stroj Goltsev v dizajne oveľa jednoduchší. Na konci devätnásteho storočia anglický experimentátor v oblasti elektriny a mechaniky James Wimshurst jednotku vylepšil. A dodnes sa práve jeho verzia (aj keď o niečo modernejšia) používa na predvádzanie elektrodynamických experimentov vďaka schopnosti vytvárať obrovský rozdielpotenciály medzi kolektormi. Elektroforetický prístroj zdokonalil už v štyridsiatych rokoch dvadsiateho storočia vedec menom Ioffe, ktorý vyvinul nový typ elektrostatických generátorov na napájanie röntgenového prístroja. Hoci sa Wimshurstov stroj v súčasnosti nepoužíva na priamu výrobu elektrickej energie, ide o historický exponát, ktorý ilustruje históriu vývoja inžinierstva a vedecko-technického pokroku.
Dizajn elektroforetického stroja
Toto zariadenie pozostáva z dvoch diskov, ktoré sa otáčajú smerom k sebe. Práca elektrofórového stroja spočíva práve v realizácii takéhoto dvojitého vzájomného otáčania. Na diskoch sú navzájom izolované vodivé segmenty. Pomocou obloženia strán oboch diskov sa vytvárajú kondenzátory. To je dôvod, prečo sa elektroforový stroj niekedy nazýva kondenzátorový stroj. Na diskoch sú neutralizátory, ktoré pomocou kief odvádzajú náboje z protiľahlých prvkov diskov na zem. Zberače sú vľavo a vpravo. Práve na nich prichádzajú generované signály snímané hrebeňmi zo zadného a predného kotúča.
Aké sú banky Leidenu?
V mnohých prípadoch sa na kondenzátoroch hromadia náboje. Nazývajú sa Leidenské banky. Potom je možné reprodukovať oveľa silnejšie výboje a iskry. Vnútorné dosky každého kondenzátora sú pripojené k vodičom samostatne. Štetce, ktoré sa dotýkajúsektory diskov sú kombinované s vnútorným obložením pohárov Leiden. Celá konštrukcia je v súčasnosti namontovaná na plastových regáloch. Spolu s nádobami Leyden sú časti stroja upevnené na drevenom stojane. Vzhľadom na jasnosť dizajnu je možné elektroforetický stroj vlastnými rukami vyrobiť celkom jednoducho. Zložiť a prevádzkovať ho pre svoje potešenie dokáže aj človek, ktorý nemá špeciálne technické vzdelanie.
Čo je základom elektroforického stroja?
Využitie spoločného úsilia oboch diskov – to je hlavný princíp tohto zariadenia. Účinok rozdielu potenciálov a potom výbojov a iskier sa dosiahne správnym usporiadaním sektorov. Samozrejme, existuje vývoj, ktorý používa prázdne disky, ale nedávajú podobnú účinnosť. Takéto návrhy sa často používajú v malých vzdelávacích inštitúciách. Vzdialenosť medzi diskami takéhoto zariadenia, akým je elektrofórový stroj, hrá zásadnú úlohu a má významný vplyv na dosiahnutie požadovaného napätia na kondenzátoroch.
Aký je princíp stroja?
Elektroforový stroj prešiel od svojho vynálezu mnohými zmenami (a to je začiatok osemnásteho storočia). Hlavná myšlienka však zostáva. Základom konštrukcie stroja sú kotúče s lepenými platňami (kovové pásy). Pôsobením určitej mechanickej sily pomocou remeňového pohonu sa môžu otáčať v rôznych smeroch oproti sebe. Na obálke jednéhodisk sa nabije kladne. Pritiahne k sebe ďalší náboj (negatívny). Pozitív prejde vodičom s kefami (neutralizátor), ktorý sa dotýka protiľahlej výstelky. Otočením diskov získame náboje podobné pôvodným. Ale už sa dotknú iných obložení. Vzhľadom na to, že sa disky otáčajú v opačných smeroch, náboje prúdia do kolektorov. V takom demonštračnom zariadení, akým je elektroforový stroj, je princíp činnosti založený práve na tomto momente. Na kefách oboch diskov, ktoré sa nedotýkajú ich povrchu a sú umiestnené na okrajoch, sa náboje v určitom bode stanú takými veľkými, že dôjde k poruche vo vzdušnom priestore a k prekĺznutiu elektrickej iskry. Preto je možné ku kolektorom pripojiť ďalšie kondenzátory rôznych kapacít, ktoré efektu výboja dodajú väčšiu krásu.
