Οδηγός για τη μηχανή Wimshurst

Οδηγός για τη μηχανή Wimshurst

Μετά από δύο χρόνια συστηματικής ενασχόλησης και την επισκευή πάνω από 70 μηχανών Wimshurst, έψαξα και επέλεξα τις παρακάτω πληροφορίες, καταθέτοντας παράλληλα και τη δική μου εμπειρία, για να σας παρουσιάσω αυτή την υπέροχη μηχανή!

Ευτυχώς για μένα, κατά το πέρασμα των ετών, οι μηχανές Wimshurst έχουν κερδίσει πολλούς εραστές και ψάχνοντας, βρήκα ανθρώπους να με βοηθήσουν να ξεπεράσω τα αδιέξοδα μου σχετικά με τη λειτουργία και τη συντήρησή τους. Θέλω να ευχαριστήσω θερμά, το Γιάννη Λεβεντάκη, πρώην υπεύθυνο ΕΚΦΕ Ηρακλείου, που αφιέρωσε το πρωινό μιας Πέμπτης για να με μυήσει στα πρώτα μυστικά και τον Πάνο Μουρούζη, υπεύθυνο ΕΚΦΕ Κέρκυρας, που μοιράστηκε μαζί μου κάποια από τα παρακάτω κείμενα.

Σε αυτό το άρθρο θα βρείτε:

  • Περιγραφή των βασικών μερών της και επίδειξη λειτουργίας της μηχανής.
  • Θεωρητική ανάλυση της λειτουργίας της μηχανής.
  • Απλούς υπολογισμούς για την παροχή και την ισχύ που αποδίδει η μηχανή.
  • Συμβουλές για τη συντήρηση της μηχανής.
  • Κάποιους από τους τύπους των μηχανών που υπάρχουν στα ελληνικά σχολεία.

Περιγραφή

Η μηχανή Wimshurst είναι μια ηλεκτροστατική γεννήτρια, για την παραγωγή υψηλής τάσης που αναπτύχθηκε μεταξύ 1880 και 1883 από το Βρετανό εφευρέτη James Wimshurst (1832-1903).

Έχω ακούσει πολλές διαφορετικές εκδοχές για το πως προφέρεται η λέξη “Wimshurst”. Μιας και ο James Wimshurst ήταν βρετανός, ανοίξτε τα ηχεία του υπολογιστή σας και πατήστε εδώ για να ακούσετε μία βρετανίδα να το προφέρει.

Οι μηχανές αυτές, ανήκουν σε μια κατηγορία ηλεκτροστατικών γεννητριών που ονομάζονται μηχανές επαγωγής, καθώς διαχωρίζουν τα ηλεκτρικά φορτία μέσω ηλεκτροστατικής επαγωγής και δεν εξαρτώνται από την τριβή για τη λειτουργία τους. Νωρίτερα, μηχανές αυτής της κατηγορίας, αναπτύχθηκαν από τον Wilhelm Holtz (1865 και 1867), τον August Toepler (1865), J. Robert Voss (1880) και άλλους. Οι παλαιότερες μηχανές, ήταν λιγότερο αποτελεσματικές και παρουσίαζαν μια απρόβλεπτη τάση να αντιστρέφουν την πολικότητα τους, ελάττωμα που δεν έχει η μηχανή Wimshurst.

Εμπρός όψη

Εμπρός όψη

Αποτελείται από δύο δίσκους [1] από μονωτικό υλικό (συνήθως πλεξιγκαξ και σπανιότερα από γυαλί) που περιστρέφονται αντίθετα και στην περιφέρεια τους φέρουν μεταλλικά αγώγιμα φύλλα [2] (συνήθως από αλουμίνιο). Μπροστά από κάθε δίσκο υπάρχει ένας μεταλλικός βραχίωνας [4] που στα άκρα του φέρει μεταλλικές ψήκτρες (βουρτσάκια). Οι δύο βραχίωνες διέρχονται από τον κοινό άξονα περιστροφής των δίσκων και πρέπει να είναι πάντα κάθετοι μεταξύ τους και να σχηματίζουν με την οριζόντια διάμετρο των δίσκων γωνία περίπου 45 μοίρες. Οι ψήκτρες πρέπει να εφάπτονται των οπλισμών των δίσκων.

Πίσω όψη

Πίσω όψη

Οι δίσκοι στα άκρα της οριζόντιας διαμέτρου τους περιβάλλονται από δύο ακιδοφόρα (συνήθως αντί ακίδες υπάρχουν βουρτσάκια) μεταλλικά πεταλοειδή στελέχη [5], που συνδέονται με δύο μεταλλικούς αγωγούς [3]. Κάθε μεταλλικός αγωγός φέρει στο ένα άκρο του μεταλλική σφαίρα και στο άλλο άκρο μονωτική λαβή. Κρατώντας τις μονωτικές αυτές λαβές μπορούμε να πλησιάσουμε ή να απομακρύνουμε τις δύο μεταλλικές σφαίρες μεταξύ τους. Οι δύο αυτές μεταλλικές σφαίρες αποτελούν τους πόλους της μηχανής και τον ηλεκτρικό εκκενωτή της.

Κάτοψη

Κάτοψη

Επίσης οι δύο παραπάνω μεταλλικοί αγωγοί συνδέονται με τους εσωτερικούς οπλισμούς δύο πυκνωτών [6] (ή ποτήρια Leyden). Οι εξωτερικοί οπλισμοί των πυκνωτών συνδέονται μεταξύ τους μέσω συρμάτων [10] και οριζόντιου μεταλλικού στελέχους [7] που έχει μονωτική λαβή. Όταν αρχίζουμε να περιστρέφουμε δεξιόστροφα τη χειρολαβή [8] (με αριστερόστροφη περιστροφή η μηχανή δεν δουλεύει), μέσω των ιμάντων [9], η κίνηση μεταδίδεται στους δίσκους της μηχανής και ακούμε σε λίγο χαρακτηριστικό ήχο ιονισμού, που δείχνει ότι η μηχανή έχει διεγερθεί. Αν τότε, πλησιάσουμε τις σφαίρες του εκκενωτή, παράγονται μεταξύ τους ηλεκτρικοί σπινθήρες.

Κάτω μέρος βάσης

Κάτω μέρος βάσης