Goltzov elektroforetski stroj

Povijesno razdoblje najaktivnijih eksperimentalnih istraživanja u području električnih fenomena povezano je s pojavom prvih elektrostatički strojevi, čije je djelovanje omogućilo dobivanje električne energije zbog obavljanja mehaničkog rada.

Mehanički rad sastojao se u rotaciji određenih dijelova stroja, pri čemu su se svladavale sile privlačenja (suprotnih) i odbijanja (istoimenih) električnih naboja, koje su bile prisutne na naelektriziranim elementima stroja.

Pokusi s takvim strojevima pridonijeli su boljem razumijevanju same prirode elektriciteta i principa električnih međudjelovanja od strane tadašnjih istraživača.

Stvaranje prvog elektrostatičkog stroja trenja povjesničari pripisuju njemačkom znanstveniku Otto von Gerike, koji je 1650. godine prvi put stvorio takav uređaj. Bio je to stroj čiji se rad temeljio na tada već poznatoj pojavi elektrifikacije tijela trenjem. Međutim, frikcijski strojevi imaju značajan nedostatak — njihov rad zahtijeva primjenu velikih mehaničkih sila.

Za razliku od kasnije nastalih tarnih strojeva elektroforni (indukcijski) strojevi bili lišeni tog nedostatka, budući da za dobivanje električne energije nisu trebali izravan kontakt naelektriziranih dijelova s ​​induktorom (s dijelom koji je uzrokovao elektrifikaciju).

Dakle, prvi elektroforni stroj, odnosno elektrostatički stroj koji ne zahtijeva međusobno trenje svojih dijelova za postizanje naelektrisanja, konstruirao je 1865. godine njemački fizičar August Tepler… Izumitelj je bio mišljenja da će elektroforetski strojevi omogućiti učinkovitu proizvodnju električne energije pretvorbom mehaničke energije.

U to vrijeme njemački fizičar Wilhelm Goltz (njemački Holtz), neovisno o Toepleru, dizajnirao je jednostavniji i učinkovitiji elektroforetski stroj koji je proizvodio veliku potencijalnu razliku i čak je mogao poslužiti kao istosmjerni izvor struje za rasvjetu. Goltzovi strojevi postali su prvi elektroforetski strojevi koji su se pojavili u učionicama obrazovnih institucija.

Glavni dijelovi Goltzovog stroja — dva staklena diska i metalni češljevi namijenjeni uklanjanju naboja. Jedan od diskova miruje, a drugi se može okretati. Diskovi su postavljeni na zajedničku os. U jednom od muzejskih eksponata nepokretni disk ima promjer 100 cm, dok je rotirajući disk 94 cm.

Nepomični disk leži na ebonitnoj ploči i u okomitom položaju podupiru ga ebonitni krugovi na izolacijskim stalcima. Na nepomičnom disku izrezani su prozori na čijoj su poleđini zalijepljeni nepotpuni sektori papira koji se nazivaju okviri.

Okviri završavaju papirnatim jezicima, čiji su vodeći šiljasti rubovi usmjereni prema pokretnom disku i blago su zakrivljeni.Diskovi, okviri i jezičci obloženi su gumilakom (smolasta tvar).

Mjedeni češljevi postavljeni su duž horizontalnog promjera pomičnog diska, ispred, sa svake njegove strane. Ovi češljevi su spojeni na odgovarajuće mjedene žice, na čijim krajevima su vodljive kuglice, kroz koje prolaze mjedene šipke, koje s unutarnje strane završavaju kuglicama, s vanjskim drvenim (izolacijskim) drškama. Palice se mogu pomicati tako da se kuglice razmaknu ili približe.

Leyden staklenke (s unutarnjim pločama) mogu se spojiti na vodiče čije su vanjske ploče međusobno spojene žicom. Dva mjedena stupa na prednjoj strani stroja koriste se za spajanje žica; kuglice se mogu nasloniti na te stupove jednostavnim naginjanjem žica.

Prednji disk se vrti pomoću remenskog prijenosa i sustava valjaka povezanih s ručkom kojom eksperimentator pokreće taj mehanizam. Međutim, prije početka rada sa strojem potrebno je naelektrizirati sektore papira (okvir) suprotnog naboja (označit ćemo ih kao p + i p-).

Ti će okviri, koji su nabijeni, zbog pojave elektrostatičke indukcije djelovati na rotirajući disk, a disk će zauzvrat djelovati na češljeve O i O'.

Kako se disk rotira, okvir (u prozoru F) s nabojem p + će izazvati (inducirati) negativan naboj na poleđini rotirajućeg diska m i naboj istog predznaka će biti privučen na greben O, opet zbog na fenomen elektrostatičke indukcije. Dio diska m 'primit će negativan naboj od češlja O, a sam češalj O, zajedno sa svojim vodičem C i kuglicom r, stoga će biti pozitivno nabijen.

Dakle, disk je naelektriziran negativno s obje svoje strane (na mjestima m i m'), a žica s lijeve strane automobila je pozitivno. Disk nastavlja rotirati i sada dijelovi njegove površine m i m 'dopiru do prozora F' koji se nalazi na nepokretnom disku s desne strane.

Utjecaj stalka s negativnim nabojem p koji je ovdje ugrađen pojačan je površinom m', što znači da će pozitivni naboj biti privučen s grebena O' na disk. Prema tome, i žica C' i kuglica r' bit će negativno nabijene. Površina m prima pozitivan naboj privučen grebenom. Disk se nastavlja okretati i ciklus se ponavlja.

Elektrostatički generatori smatraju se najstarijim izvorima električnog napona: Kako rade i rade elektrostatički generatori