מכונת האלקטרופורה פועלת כמקור רציף של אנרגיה חשמלית. מכשיר זה משמש לרוב כמכשיר עזר להדגמת תופעות ואפקטים חשמליים שונים. אבל מה העיצוב והתכונות שלו?
קצת מההיסטוריה של ההמצאה
מכונת האלקטרופור פותחה עוד בשנת 1865 על ידי אוגוסט טפלר, פיזיקאי גרמני. באופן מוזר, באופן עצמאי למדי, מדען ניסיוני אחר, וילהלם גולץ, המציא עיצוב דומה, אך מושלם אף יותר, שכן המנגנון שלו איפשר להשיג הבדלי פוטנציאל גדולים ויכול לשמש מקור לזרם ישר. בנוסף, מכונת Goltsev הייתה הרבה יותר פשוטה בעיצובה. בסוף המאה התשע-עשרה שיפר את היחידה הנסיין האנגלי בתחום החשמל והמכניקה, ג'יימס ווימשורסט. ועד היום, זו הגרסה שלו (אם כי קצת יותר מודרנית) שמשמשת להדגמת ניסויים אלקטרודינמיים בשל היכולת ליצור הבדל עצוםפוטנציאל בין אספנים. מכונת האלקטרופור שופרה כבר בשנות הארבעים של המאה העשרים על ידי מדען בשם איופה, שפיתח סוג חדש של גנרטורים אלקטרוסטטיים להפעלת מכונת הרנטגן. למרות שמכונת Wimshurst אינה משמשת כיום למשימה הישירה של הפקת אנרגיה חשמלית, זוהי תערוכה היסטורית הממחישה את ההיסטוריה של התפתחות ההנדסה והקדמה המדעית והטכנולוגית.
עיצוב של מכונת אלקטרופורה
המכשיר הזה מורכב משני דיסקים שמסתובבים אחד כלפי השני. העבודה של מכונת האלקטרופור טמונה בדיוק ביישום של סיבוב הדדי כפול כזה. על הדיסקים יש מקטעים מוליכים מבודדים זה מזה. בעזרת החזיתות של הצדדים של שני הדיסקים, נוצרים קבלים. לכן מכונת האלקטרופור נקראת לפעמים מכונת קבלים. על הדיסקים יש מנוטרלים, שמפנים מטענים מהאלמנטים ההפוכים של הדיסקים לקרקע בעזרת מברשות. אספנים נמצאים משמאל ומימין. עליהם מגיעים האותות שנוצרו על ידי המסרקים מהדיסקים האחוריים והקדמיים.
מהן הגדות של ליידן?
במקרים רבים, מטענים מצטברים על קבלים. הם נקראים בנקים של ליידן. לאחר מכן, ניתן לשחזר פריקות וניצוצות הרבה יותר חזקות. הלוחות הפנימיים של כל קבל מחוברים למוליכים בנפרד. מברשות שנוגעותמגזרי הדיסקים משולבים עם הבטנה הפנימית של צנצנות ליידן. המבנה כולו מותקן כיום על מדפי פלסטיק. יחד עם צנצנות ליידן, חלקי המכונה מקובעים על מעמד עץ. בהתחשב בבהירות העיצוב, מכונת אלקטרופורה במו ידיך יכולה להתבצע די בפשטות. גם אדם שאין לו השכלה טכנית מיוחדת יכול להרכיב אותו ולהפעיל אותו להנאתו.
מהו הבסיס של מכונת האלקטרופוריה?
שימוש במאמץ ההדדי של שני הדיסקים - זה העיקרון העיקרי במכשיר זה. ההשפעה של הפרש פוטנציאלי, ולאחר מכן פריקות וניצוצות, מושגת על ידי סידור נכון של המגזרים. כמובן, ישנם פיתוחים המשתמשים בדיסקים ריקים, אך הם אינם נותנים יעילות דומה. עיצובים כאלה משמשים לעתים קרובות במוסדות חינוך קטנים. המרחק בין הדיסקים של מכשיר כזה כמו מכונת אלקטרופורה משחק תפקיד מכריע ויש לו השפעה משמעותית על השגת המתח הנדרש על הקבלים.
מהו העיקרון של המכונה?
מכונת האלקטרופור עברה שינויים רבים מאז המצאתה (וזו תחילת המאה השמונה-עשרה). אבל הרעיון המרכזי נשאר. הבסיס לעיצוב המכונה הם דיסקים עם לוחות מודבקים (רצועות מתכת). על ידי הפעלת כוח מכני מסוים באמצעות כונן רצועה, ניתן לסובב אותם בכיוונים שונים, מנוגדים זה לזה. על הכריכה של אחדהדיסק הופך לטעון חיובי. זה ימשוך מטען נוסף (שלילי) לעצמו. החיובי יעבור דרך המוליך עם מברשות (נטרול), שנוגע בבטנה הנגדית. בהפיכת הדיסקים, נקבל מטענים דומים לאלה המקוריים. אבל הם כבר ישפיעו על בטנות אחרות. בהתחשב בכך שהדיסקים מסתובבים בכיוונים מנוגדים, המטענים זורמים אל הקולטים. במכשיר הדגמה כזה כמו מכונת אלקטרופורית, עקרון הפעולה מבוסס בדיוק על הרגע הזה. על המברשות של שתי הדיסקות, שאינן נוגעות בפני השטח שלהן וממוקמות בקצוות, המטענים בשלב מסוים הופכים כה עצומים עד שמתרחשת התמוטטות בחלל האוויר וניצוץ חשמלי מחליק. לכן ניתן לחבר לקולטים קבלים נוספים בעלי קיבולות שונות, שיעניקו יופי גדול יותר להשפעת הפריקה.
