Elektrofor funguje jako nepřetržitý zdroj elektrické energie. Toto zařízení se často používá jako pomocné zařízení pro demonstraci různých elektrických jevů a efektů. Ale jaký je jeho design a funkce?
Trocha historie vynálezu
Elektrofor byl vyvinut již v roce 1865 německým fyzikem Augustem Teplerem. Kupodivu, zcela nezávisle, jiný experimentální vědec, Wilhelm Goltz, vynalezl podobnou konstrukci, ale ještě dokonalejší, protože jeho přístroj umožňoval získat velké potenciálové rozdíly a mohl sloužit jako zdroj stejnosměrného proudu. Stroj Goltsev byl navíc konstrukčně mnohem jednodušší. Na konci devatenáctého století jednotku vylepšil anglický experimentátor v oblasti elektřiny a mechaniky James Wimshurst. A dodnes se právě jeho verze (i když trochu modernější) používá k demonstraci elektrodynamických experimentů díky schopnosti vytvořit obrovský rozdílpotenciály mezi kolektory. Elektroforový přístroj zdokonalil již ve čtyřicátých letech dvacátého století vědec jménem Ioffe, který vyvinul nový typ elektrostatických generátorů pro napájení rentgenového přístroje. Přestože se Wimshurstův stroj v současné době nepoužívá pro přímý úkol generování elektrické energie, jedná se o historický exponát, který ilustruje historii vývoje inženýrství a vědeckotechnického pokroku.
Konstrukce elektroforového stroje
Toto zařízení se skládá ze dvou disků, které se otáčejí směrem k sobě. Práce elektroforového stroje spočívá právě v realizaci takové dvojité vzájemné rotace. Na discích jsou vodivé segmenty navzájem izolované. Pomocí obložení stran obou disků jsou vytvořeny kondenzátory. To je důvod, proč se elektroforový stroj někdy nazývá kondenzátorový stroj. Na discích jsou neutralizátory, které pomocí kartáčů odvádějí náboje z protilehlých prvků disků na zem. Kolektory jsou vlevo a vpravo. Právě na ně přicházejí generované signály snímané hřebeny ze zadního a předního kotouče.
Jaké jsou banky Leidenu?
V mnoha případech se na kondenzátorech hromadí náboje. Říká se jim Leidenské banky. Poté je možné reprodukovat mnohem silnější výboje a jiskry. Vnitřní desky každého kondenzátoru jsou připojeny k vodičům samostatně. Štětce, které se dotýkajísektory disků jsou kombinovány s vnitřním obložením sklenic Leiden. Celá konstrukce je v současné době namontována na plastových regálech. Spolu se sklenicemi Leyden jsou části stroje upevněny na dřevěném stojanu. Vzhledem k jasnosti designu lze elektroforový stroj s vlastními rukama vyrobit docela jednoduše. Sestavit a provozovat jej pro vlastní potěšení může i člověk, který nemá speciální technické vzdělání.
Co je základem elektroforu?
Využití vzájemného úsilí obou disků - to je hlavní princip tohoto zařízení. Efektu rozdílu potenciálů a následně výbojů a jisker je dosaženo správným uspořádáním sektorů. Samozřejmě existuje vývoj, který používá prázdné disky, ale nedávají podobnou účinnost. Takové návrhy se často používají v malých vzdělávacích institucích. Vzdálenost mezi disky takového zařízení, jako je elektroforový stroj, hraje zásadní roli a má významný vliv na dosažení požadovaného napětí na kondenzátorech.
Jaký je princip stroje?
Elektroforový stroj prošel od svého vynálezu mnoha změnami (a to je začátek osmnáctého století). Ale hlavní myšlenka zůstává. Základem konstrukce stroje jsou kotouče s lepenými deskami (kovové pásy). Působením určité mechanické síly pomocí řemenového pohonu se mohou otáčet v různých směrech proti sobě. Na obálce jednohodisk se nabije kladně. Přitáhne k sobě další náboj (negativní). Klad projde vodičem s kartáči (neutralizátorem), který se dotkne protilehlé výstelky. Otočením disků získáme náboje podobné původním. Ty už ale ovlivní další obložení. Vzhledem k tomu, že se disky otáčejí v opačných směrech, proudí náboje do kolektorů. V takovém demonstračním zařízení, jako je elektroforový stroj, je princip činnosti založen právě na tomto okamžiku. Na kartáčcích obou kotoučů, které se nedotýkají jejich povrchu a jsou umístěny na okrajích, se náboje v určitém místě stanou tak obrovskými, že dojde k průrazu ve vzdušném prostoru a sklouznutí elektrické jiskry. Proto lze ke kolektorům připojit další kondenzátory různých kapacit, které efektu výboje dodají větší krásu.
