Свежие комментарии

Электрофорная машина

Когда-то электрофорную машину можно было увидеть в любом школьном кабинете физики.
Сейчас их тоже производят и тоже показывают школьникам — но далеко не везде. Все-таки сейчас впечатление от ее работы не настолько впечатляющее, чем было в начале прошлого века.

Однако, если ее продемонстрировать лет этак на тысячу раньше…

electofor1

Принцип действия прост — два диэлектрических диска с нанесенными на их поверхность металлическими полосками.
Диски вращаются в противоположных направлениях, желательно побыстрее. Если в кусочки металла, пролетающие друг относительно друга, имеют хоть какую-то разницу потенциалов (а реальный мир такой — ничего поровну не дается), то при эта разница усиливается, нужно ее только снять.
Для этого существуют по две щетки для каждого диска, заряд накапливается в лейденских банках по бокам.

Вот современная школьная модель с прозрачными дисками, тут видно устройство:

electofor2

Конкретно эта модель имеет размер диска в 30 см, расстояние между дисками — от 2.5 до 7 мм (диски не сделаны с высокой точностью). Высота ее лейденских банок по 12 см. И этого всего хватает, чтобы в сухом воздухе получить искру в 55 мм! Да, при этом скорость вращения 120 оборотов в минуту, но скажите мне — что в этой машине невозможно построить в том же Древнем Египте? Подшипник скольжения, который не несет нагрузок? Ременная передача вместо шестеренок? (кстати, на верхнем фото ремень). Диэлектрические диски? Кусочки металлической фольги без разницы какого металла? Лейденские банки?

Главное отличие использования такой штуки где-нибудь в Древней Греции — в горячем и влажном воздухе искра будет в полтора раза меньше.
Но искра ведь запасается в лейденской банке, и для попаданца выгоднее будет сделать простой конденсатор, куда более емкий. Ведь конструкция такой машины фактически не изменилась со времен ее изобретения, тут есть что совершенствовать.

Когда в 1865 году эта штука была изобретена, она применялась для развлечения — выстраивался ряд людей, держащихся за руки и через эту цепь пропускался заряд. Удар электрическим током был незабываемым опытом, желающих хватало, а кардиоэлектростимуляторов, которые бы позагинались от такого развлечения, тогда еще не придумали.

Если попаданец все же решится основать религию, то такая девайсина ему крайне пригодится.
По сравнению гальванической батареей она дает не пол-вольта, а десятки тысяч вольт. Пяти-сантиметровая искра в полутемном храме это нечто! Да и бьюшие током иконы тоже неплохо.
При этом — никаких сложных элементов, заряд накапливает за считанные секунды и заряд солидный.
Кроме всего прочего — позволяет легко намагнитить компас.

И последнее — будете строить электрофорную машину в древности, стройте из благородных металлов, красного дерева, перламутра и прочего. Вплоть до рога единорога. Это ведь не паровая машина, пыхтящая в темном закоулке технологического помещения, это вещь, которая должна внушать!

44 комментария Электрофорная машина

  • onosamo

    Интересно, а до каких размеров её можно масштабировать? Или лейденские банки увеличивать нужно?

    К дверным ручкам её подключить можно. И для безопасности, и чтобы народ за алтарь не совался, где в подсобном помещении пыхтит паровая машина. 🙂

    • Жека

      В Швейцарии стоит такая с диском два метра в диаметре.

    • kraz

      Тут влияет два параметра — площадь металлических контактов и скорость дисков один относительно другого. Поэтому сделать большую не так чтобы сложно.

      А емкость лейденских банок… А зачем классические банки? Можно же конденсаторы сделать, там емкость будет в разы большей. И сделать такие же — со стеклянным диэлектриком, потому что там напряжения в сотни киловольт.

      • Я конечно, имел в виду взагали накопители энергиии — не суть важно, какие. Главное побольше.

        • kraz

          Ну так — конденсаторы это наше всё!

          • У обычных конденсаторов пробивное напряжение — единицы киловольт, массовые и дешёвые конструкции не выше 500 Вольт. Лейденские банки — десятки киловольт даже без принятия специальных мер. Далее, чем меньше габариты конденсатора, тем больше плотность упаковки энергии, тем больше токи утечки сквозь изолятор. Вплоть до того, что мощности генератора не хватит для зарядки. За высокую электрическую прочность лейденской банки приходится платить малой ёмкостью.
            Оно и к лучшему, я бы постарался не приближаться к источнику киловольтного напряжения, способного отдавать десяток ампер в течение нескольких секунд.

            • kraz

              Обычным конденсаторам не нужно такое напряжение, им нужна емкость — вот их и не делают.
              Лейденская банка держит высокое напряжение за счет того, что у нее диэлектрик — стекло.
              Ну так почему бы сразу не собрать «стеклопакет»? Емкость будет заметно больше, размер меньше и вероятность разбить тоже меньше.

              Лейденскую банку делают только для школьных лабораторий, потому как выглядит прикольно, других преимуществ нет.
              С другой стороны — возможно попаданцу тоже придется давить на внешний вид, и тогда он про банку вспомнит.
              Других преимуществ у лейденской банки нет, иначе хоть где-то в реальности кондюки такой формы стояли бы.

              • Так и делают конденсаторы из пакета фольга-изолятор: слюдяные, керамические, стеклянные. Проблема та же: или большая ёмкость при тонком изоляторе и малом пробивном напряжении, или большое напряжение при малой ёмкости.
                И у пакета есть ещё одна существенная гадость: краевой эффект. Из-за тока утечки через край пластины происходит местный разогрев, провоцирующий пробой. Из-за того, что «краёв» много, этот эффект снижает рабочее напряжение конденсатора.
                Стеклянные конденсаторы типа «лейденской банки» делают и сейчас, в штучном исполнении, с массой хитрых приёмов борьбы с краевым эффектом.

                • kraz

                  Конденсаторы позволяют накапливать именно емкость, потому что напряжение это круто, но это только зрелище.
                  А краевой эффект… мы же делаем кондюки вручную, металлом и стеклом, поэтому края стеклянной пластины вполне возможно оставлять не металлизоваными. Ну и хорошо бы всю конструкцию в масло окунуть, но, боюсь, с требуемым маслом будут бооооольшие проблемы.

                  • Грю

                    Можно просто сплавить вместе края двух тонких пластин стекла, оставив внутри медную пластину. Легко делается на горелке, которой пользовались крестьяне-стеклодувы в 19 веке, с мехом под ногами (в музее елочной игрушки есть такая).

              • Тарас

                >Ну так почему бы сразу не собрать «стеклопакет»? Емкость будет заметно больше, размер меньше и вероятность разбить тоже меньше.

                У конденсаторов ёмкость при последовательном соединении уменьшается. Если Вас это устраивает, то чем плох конденсатор просто с толстым диэлектриком? У него точно также больше пробивное напряжение и меньше ёмкость. А стекло — не панацея, у тонкого стекла пробивное напряжение меньше. Лейденская же банка — сама именно конденсатор и есть. Вроде бы первый известный. Или я ошибаюсь и раньше неё был создан конденсатор иной конструкции? Если же надо, не сближая обкладки, увеличить ёмкость, то для этого придётся увеличить площадь обкладки. То есть Диаметр и высоту. Ну можно ещё запихать одну банку в другую, но соединить не последовательно, а параллельно, тогда ёмкость увеличится. Если просто метал-стекло-метал-стекло-металл и подключиться к крайним обкладкам, то ёмкость половинная. А вот если две крайние обкладки соединит вместе и подключиться к ним и к средней обкладке, то ёмкость двойная.

  • И раскручивать эти диски «велосипедами»)

    Кстати, а есть на сайте описание создания конденсаторов в «попаданческих» условиях?

    • kraz

      Статья про конденсаторы есть, а сам кондюк очень простая штука — чередования проводника и диэлектрика. Разных конструкций можно придумать несколько тысяч.

  • Хорошо, а такой вопрос.

    Допустим, для получения единичного разряда требуется прохождение определённого количества лепестков у щёток.

    Можно ли создать машину (или поставить ряд машин) такого размера, чтобы получить постоянную (или псевдопостоянную) дугу?

    • kraz

      Это нужно мутить электрическую схему. По большому счету, тут можно даже до искрового радио дойти (хотя количество машин будет чудовищно).

      У таких машин все-таки очень малая мощность, просто он может ее накопить и выдать очень большое напряжении при очень малом токе.

  • Грю

    При серьезной влажности воздуха оно вообще может перестать работать… придется как-то сушить генераторную комнату.

    И стоит посмотреть на генератор Лорента, он заметно проще. таких можно десятки параллельно включать.

    • kraz

      Вообще-то места, где сильно высокая влажность воздуха, не отличаются особой цивилизованностью. Или вы будете где-то в джунглях у Ацтеков такое мутить? Ну там оно тоже будет работать, но искра будет меньше. При влажности 65% и температуре 22 градуса — искра 5.5 см, а при 80% влажности и температуре около 30% — искра в 30 мм. А это такие условия, что просто баня!

      Всякие Древние Египты, Древние Римы, Древние Греции — вполне позволяют собрать хорошо работающий девайс.

      • Гутенберг

        Странное замечание про ацтеков. Ацтеки в момент знакомства с европейцами по ряду параметров были гораздо цивилизованнее последних. Например, у ацтеков было обязательное всеобщее начальное образование, то есть они все поголовно умели читать, к чему Европа пришла несколькими веками позже.

        • vashu1

          >> все поголовно умели читать

          >> Грамотность среди ацтеков была прерогативой высшего слоя
          http://books.google.ru/books?id=aJI0pXhxfY8C&pg=PA90&lpg=PA90&dq=%D0%B0%D1%86%D1%82%D0%B5%D0%BA%D0%B8+%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BE%D1%82%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C&source=bl&ots=315VLMd4R6&sig=WyDgOrwnZbInM_pBdNZ4o8J3i6E&hl=en&sa=X&ei=7QHiUrv5HKTZ4ASi-oDYCA&ved=0CCwQ6AEwAQ#v=onepage&q=%D0%B0%D1%86%D1%82%D0%B5%D0%BA%D0%B8%20%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BE%D1%82%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C&f=false

          Простолюдинов тоже немного учили но натягивали на Recitation literacy — скорее заучивание чем полноценное чтение. Да и то за вычетом рабов и всяких низших получалось не более половины ограниченно грамотных.

          http://www.angelfire.com/ca/humanorigins/writing.html#aztec
          >> Recitation literacy refers to the idea that codices and wall carvings and paintings were meant to be read aloud to audiences in a public way. The persons reading the glyphs would be trained in the their meaning and in some sense already knew what the glyphs refered to, making the glyphs a kind of mneumonic device for specially trained people. The codices could be unfolded and hung on a wall to recount aloud to an audience what was contained therein. In the Aztec case, calmecac, or royal schools educated royal children as priests and warriors, teaching them functional literacy. Aztec writing was primarily concerned with state ideology and fell into three categories: cartographic writing which concerned genealogy and local history, screenfold books like the Maya and Mixtec which recorded dynastic history, and continuous year counts which might describe imporatant events for a year pictorially. As an example, a hypothetical «year of the locust plague» could be represented pictorially by a locust. Only the Aztec elites learned to read and write and the screen fold books were meant to be read aloud.

          И вообще оценивать цивилизацию по единственному параметру это как делать выводы о Северной Корее по запуску спутника.

        • ert34

          = Например, у ацтеков было обязательное всеобщее начальное образование =

          И в итоге ацтеки проигрывают свою родину, в отличии от безграмотных гейропейцев)))

          • Гутенберг

            Против лома нет приёма. Особенно, когда лом в руках отмороженного гопника.

            • kraz

              Ну чего вы за ацтеков зацепились? Они приведены только потому, что у них условия для работы электрофорной машины самые неблагоприятные, наверное еще более неблагоприятные, чем в Индии.

              И я написал «или», то есть у ацтеков было достаточно цивилизованно для машины, но плохо по климатическим условиям.

          • Йож

            Ну, Рим в итоге под варварами пал. Хрестоматийный пример ломания цивилизации дикарями.
            С европейцами и ацтеками что-то похожее вышло.

            • Грю

              Рим — хрестоматийный пример сгнившей нахрен государственной структуры. Тех же самых варваров римские легионы регулярно рвали на куски в течении многих столетий, пока не сгнило само общество Рима. А варвары всего лишь пришли на готовенькое.

            • Последние римские императоры были германцами и офицерами Имперской армии, (практически) все легионы тоже комплектовались германцами. Так что рассказы о «уничтожении империи варварами» несколько преувеличены… (с точностью до наоборот)

  • al_mt

    Лучше генератор Ваан-де-Граафа.
    Он конструктивно ещё проще, а напругу выдаёт… Их до сих пор используют для получения гигавольтов в лабораторных условиях.

    • kraz

      Генератор Ван-де-Граафа я еще опишу.
      Но в нем такая незадача — ему нужен источник высоковольтного питания, то есть это не генератор в полном смысле слова, а скорее преобразователь.

      • al_mt

        Здравствуйте!
        С каких это пор механическому генератору потребовался высоковольный питаний?????
        http://www.sdelaysam-svoimirukami.ru/326-generator_van_de_graafa_svoimi_rukami.html

        • kraz

          Высокое напряжение на входе нужно чтобы было очень высокое на выходе. Этот ваш будет давать меньше напряжения, чем электрофор, заряжаться много медленнее, а конструктивнее — никак не проще.
          И зачем тогда он нужен?

          • al_mt

            Издеваться изволите?
            Генератор Ваан-де-Граафа имеет МЕХАНИЧЕСКИЙ привод.
            Погуглите!
            Ему не напряжение надо, а вал крутить быстро-быстро.

            Вы часом с трансформатором Теслы не попутали? Хотя трансформатору тоже высокое напряжение как бэ ни к чему %)

            • kraz

              Ой, а ничего, что вашей же ссылке на схеме есть «источник напряжения» — и это на схеме, а не та батарейка, что движок крутит?
              Или вы сами не смотрите что за ссылки постите?

              • al_mt

                Блин…
                http://samadelka.ru/viewtopic.php?p=45
                Это та же самая электрофорная машина, только дисков не два, а один и вместо диска — конвейерная лента.
                Электричество там — для моторчика, вал крутить.
                Почитайте мемуары Роберта Вуда. Он в детстве в качестве «генератора» использовал приводные ленты станков на фабрике. Просто конвейерная лента — один электрод прижат к ленте, второй на расстоянии. Чем длиннее лента, тем больше можно получить напряжение.
                Шарик нужен не для напряжения, а для ёмкости.

                • kraz

                  Может хотя бы в википедию заглянете? Неужели разницу в принципе действия не замечаете?

                  >>Электричество там — для моторчика, вал крутить

                  Еще раз — открываете СВОЮ ссылку и внимательно смотрите на СХЕМУ.

                  Да, она будет работать без источника того, но хуже, чем электрофорная. Причина проста — масштабировать Ван Де Граафа много сложнее. В Древнем Риме вполне можно построить электрофорную с дисками в три метра диаметром и с батареей кондюков. Здесь так просто не обойдется. Тут кроме как «длиннее» большое влияние будет иметь материал ленты (кстати, из чего вы будете его делать?).

              • al_mt

                Блин, жаль, что я свою поделку детскую уже и не помню когда поломал… Всего-то две деревянные катушки от ниток, одна обмотанная фольгой, бумажный корпус и лента из вискозного пояса от маминого халата :)))))))))
                Ах детство! Молнии @&аши^и сантиметров по 20!!

              • al_mt

                Ещё раз. Лента — любая диэлектрическая. В принципе любая ткань. В современных машинах используют вообще металлические звенья связанные диэлектриком.
                Приводные ролики имеют очень небольшой диаметр, сделать и отбалансировать такие несопоставимо проще, чем «диски трёхметрового диаметра».
                «Масштабирование» генератора сводится к увеличению высоты агрегата. Проблемой там является необходимость качественно изготовить верхний электрод, классика — шарик большого диаметра.

                У электрофорной машины такой проблемы и правда нет 🙂 Она просто не даёт такого напряжения и тока, как В-д-Г.

                Привод — МЕХАНИЧЕСКИЙ.
                Да, В-д-Г должен иметь на валах большие обороты, чем ЭФ, и чего? Диаметр вала мизерный, не разваливается даже деревянный.
                А КПД, у любого генератора статического электричества в любом случае мизерный.

                • Не совсем любая ткань. Лён и ХБ гигроскопичны и электропроводны, нужны шёлк или шерсть.

                • kraz

                  Материал ленты влияет и влияет очень сильно, увы. И длина ленты ограничена. И товарищ Ван Де Грааф подавал на вход генератора 50 кВ.
                  Эх. Буду писать статью, чтобы все нюансы собрать…

                  P.S. Если на цепи, то это называется не ван де грааф, а «пеллетрон», там штука получше (и КПД заметно побольше), но в древности такое вообще не сделать.

                  • Грю

                    Ну почему, пеллетрон можно сделать…. просто делать не цепь, а ленту матерчатую а-ля пулеметная, и каждую пеллету прятать в цилиндр из стекла, для изоляции пеллет от ленты — пусть выглядывают по краям, где их и цеплять шестернями. Но лучше многодисковую электрофорную машину, это легко масштабируется в параллель, увеличивая ток. А диски для нее вообще можно тупо из керамики печь.

                    • kraz

                      Ну а кто говорит, что нельзя?
                      Вопрос в том, что это много сложнее. Тут уже о Древнем Египте речь не идет, а электрофор в те времена, когда и железа не было — без проблем. И да, верно — электрофор еще и масштабируется.

        • Тарас

          >Здравствуйте!
          С каких это пор механическому генератору потребовался высоковольный питаний?????

          А Вы почитайте ка, как он устроен.

  • vashu1

    Хорошо бы добавить чтото вроде вот такой иллюстрации http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d0/Wimshurst_Machine_Charge_Cycle.gif

    а то не до конца понятно

    • kraz

      Я на эту картинку смотрел… вряд ли она сделает что-либо понятнее.
      Но добавить можно, я подумаю.

  • 2:5080/205

    …Когда я достал ему первую автомашину, когда-либо виданную в Урге, — Форд, — он подсоединил электропроводку к кузову машины, и созвал высших лам и знать на чай. После чая он продемонстрировал им машину, и предложил гостям пощупать полировку её крыльев. Первый коснувшийся машины отшатнулся, словно бы обжёгшись. Остальные рассмеялись над его робостью. Затем протянул руку второй храбрец — и отдёрнул её назад. Ещё больше хохота, подначиваемого Буддой. Ему доставило величайшее удовольствие это чаепитие, на котором его друзья получили такое потрясение, так что никто не изъявил желание составить ему компанию в поездке на этой машине — все они были изумлены его способностью сидеть в ней и с удобствами разъезжать окрест дворца.

    Во как наши фантазмы по поводу электрификации железяк воплотил в реале какой-то монгол!

  • Тарас

    >Конкретно эта модель имеет размер диска в 30 см, расстояние между дисками — от 2.5 до 7 мм (диски не сделаны с высокой точностью). Высота ее лейденских банок по 12 см. И этого всего хватает, чтобы в сухом воздухе получить искру в 55 мм! Да, при этом скорость вращения 120 оборотов в минуту, но скажите мне — что в этой машине невозможно построить в том же Древнем Египте? Подшипник скольжения, который не несет нагрузок? Ременная передача вместо шестеренок? (кстати, на верхнем фото ремень). Диэлектрические диски? Кусочки металлической фольги без разницы какого металла? Лейденские банки?

    Если уже есть пайка и технология изготовления хоть чего круглого, хоть какой то проволоки с температурой плавления выше, чем у припоя и хоть каких то приблизительно круглых отверстий в чём нибудь металлическом с температурой плавления выше, чем у припоя, то любой судомоделист сделает подшипник скольжения на все 300 оборотов в минуту. А тут какие то жалкие 2 оборота в секунду. Подавно справится. Вот только сейчас даже это делается с помощью паяльника. А как тогда? Как то подшипник скольжения можно сделать и без электричества. Но на такие частоты мне не известна технология. А Вам? Было бы интересно почитать.

Leave a Reply

You can use these HTML tags

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>