maszyna elektrostatyczna

5/12/2018 maszyna elektrostatyczna - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/maszyna-elektrostatyczna 1/4

Podstawowe materia³y do zrobie-nia maszyny to pó³metrowa de-seczka na podstawê, sklejka,

drut stalowy, rurka mosiê¿na, foliaaluminiowa, cztery du¿e koraliki na³o¿yska, dwa s³oiki od majonezuoraz metr drutu plecionki. S³oikispe³ni¹ rolê butelki lejdejskiej.W niej, a w³aœciwie na jej srebrnejpowierzchni, zgromadzimy ³adunekelektryczny wytworzony za pomoc¹naszej maszyny elektrostatycznej.Butelka lejdejska jest kondensato-

rem o ma³ej pojemnoœci i du¿ej od-pornoœci na przebicie. Nim zapro-szê was do budowy dzia³aj¹cegomodelu maszyny, przyjrzyjmy siêbli¿ej historii elektrostatyki.

Pocz¹tkiby³y nastêpuj¹ce.Wiemy ze szko³y,¿e Grecy pociera-li bursztyn o suk-no i obserwowa-li, ¿e przylegaj¹do niego ró¿nelekkie drobiny.Pierwszym,o którym wiado-mo, by³ Talesz Miletu oko³o

550 roku p.n.e.On to zaintereso-wa³ siê zjawiska-mi elektrostatycz-nymi. Potem by³o

d³ugo nic. Mo¿e jedynie zosta³anazwa, bo bursztyn po grecku na-zywa siê elektron. Odkrycie Talesawykorzysta³ i rozwin¹³ niejaki Gil-bert w drugiej po³owie XVI wieku,wykazuj¹c, ¿e nie tylko cenny bur-sztyn, ale wiele innych substancjimo¿na naelektryzowaæ przez tarcie.Badania Gilberta kontynuowa³ O.von Guericke, który oko³o 1663 rokuwynalaz³ prost¹ maszynê elektro-statyczn¹ i dziêki niej zauwa¿y³, ¿estan naelektryzowania mo¿na prze-nosiæ na inne przedmioty. W 1729roku Anglik Stephen Gray stwier-dzi³, ¿e fluid elektryczny mo¿e prze-nieœæ siê ze szklanej rury na jej za- tyczkê, oraz zauwa¿y³, ¿e istniej¹dobre i z³e przewodniki pr¹du elek- trycznego. U¿ywaj¹c metalowychprzewodów, odkry³, ¿e osoba po³¹-czona drutem z cia³em silnie nae-lektryzowanym doznawa³a wstrz¹-su. Od tego momentu elektrycznoœæsta³a siê modna.

M

Ł

O

D

Y

T

E

C

H

N

I

K

5

/

2

0

0

5

56

MASZYNA ELEKTROSTATYCZNA,czyli będziecie wstrząśnięci

A d a m Ł o w i c k i

Tym razem zrobimy maszynę elektrostatyczną napędzaną kor-

bą. Prosty napęd i prosta w budowie. Efektowna w dzia łaniu.

Będziecie wstrząśnięci... dos łownie.

Widok maszyny z boku1



Tu wrêcz muszê zacytowaælist wystraszonego profesora Mus-schenbroeka do Réaumura, datowa-ny na 20 stycznia 1746 r.

Chcê Panu opowiedzieæ o no-

wym, lecz strasznym eksperymen-

cie, którego nie radzê próbowaæ;

tak¿e ja, który go wykona³em i prze¿y³em dziêki ³asce Boga, nie

powtórzê go nawet za ca³e króles-

two Francji. Prowadzi³em pewne badania nad si³¹ elektrycznoœci

i w tym celu zawiesi³em na dwóch

b³êkitnych sznurach jedwabnych

rurê ¿elazn¹, która otrzymywa³a

elektrycznoœæ przez kontakt z kul¹

szklan¹ obracan¹ szybko wokó³ osi

i pocieran¹ przy tym rêkami. Na

drugim koñcu rury wisia³ swobod-

nie drut miedziany, którego koniec

znajdowa³ siê w okr¹g³ej flaszce

szklanej, czêœciowo wype³nionej wo-

d¹; trzyma³em tê flaszkê w swej prawej rêce, a drug¹ rêk¹ stara³em

siê wydobyæ iskry z naelektryzowa-

nej rury ¿elaznej. Nagle moja prawa

rêka dozna³a tak gwa³townego

wstrz¹œniêcia, ¿e ca³e moje cia³o od-

czu³o to jakby uderzenie piorunem...

D³oñ i ca³e cia³o s¹ pora¿one w tak

straszny sposób, ¿e nie mogê tego

wyraziæ; jednym s³owem, s¹dzi³em,

¿e ze mn¹ ju¿ koniec...

Musia³o go nieŸle kopn¹æ, jednak myœlê, ¿e was nie zniechêci-³em. Potem jeszcze profesor Mus-schenbroek z uniwersytetu w Lej-dzie wynalaz³ butelkê lejdejsk¹,czyli pierwsz¹ postaæ kondensatoraelektrycznego. Kondensator jesturz¹dzeniem do przechowywaniaelektrycznoœci. Pierwotnie by³o tonaczynie ze szk³a wype³nione wod¹

i zatkane korkiem, który by³ przebi- ty na wylot miedzianym drutem.Butelkê mo¿na by³o na³adowaæelektrycznie, stykaj¹c prêt z na³ado-wanym cia³em. Poprzez drut i wodêpr¹d dostawa³ siê do œrodka naczy-nia i ³adowa³ dodatnio lub ujemnie

jego wewnêtrzne œcianki. Wielkieznaczenie dla rozwoju elektrostaty-ki mia³y prace doœwiadczalne Be-niamina Franklina, tego od latawca,który w roku 1752 z³apa³ pr¹dz b³yskawicy do butelki lejdejskieji dowiód³ tym, ¿e w piorunach jestelektrycznoœæ i to taka sama jakpowstaj¹ca poprzez tarcie. Pisa³em ju¿ o tym i nawet prosi³em, ¿ebyœ-cie tego doœwiadczenia nie powta-rzali. Potem jeszcze, od ³adunkuelektrostatycznego, zapali³ siê zep-pelin „Hindenburg”…

Tyle historii, a my bierzmysiê do pracy. Mam nadziejê, ¿e waszbytnio nie wystraszy³em i nie na-robicie wiêkszych szkód.

Podstaw¹ maszyny jest de-

seczka o d³ugoœci 50 centymetrów,szerokoœci 15 i gruboœci 20 milimet-rów. Wyrównajmy j¹ papieremœciernym, a nastêpnie w odleg³oœci130 milimetrów od obu koñcówwiercimy dwa otwory o œrednicy15 milimetrów.

Dr¹¿ki. W tych otworachumieœcimy potem na wcisk i klejdwa dr¹¿ki o d³ugoœci 22 centymet-rów, które utrzymywaæ bêd¹ szczot-ki zbieraj¹ce i iskrownik. Jeden ko-niec dr¹¿ka o œrednicy 15 milimet-rów zestrugamy do œrednicy 10 mi-limetrów na d³ugoœci 25 milimet-rów. Na nim umieœcimy suportdŸwigni iskrownika.

Suport dŸwigni iskrownika

zrobiony jest z rurki mosiê¿nejo d³ugoœci 110 milimetrów. Rurkaz jednego koñca naciêta jest szcze-lin¹ o szerokoœci 3 milimetrów nag³êbokoœæ 20 milimetrów. Prosto-padle od tego naciêcia w odleg³oœci1 centymetra wiercimy otwóro œrednicy 3 milimetrów. Przetknie-my go œrub¹, na której utrzymywaæsiê bêdzie dŸwignia iskrownika.

Wsporniki ko³a. Ze sklejkio gruboœci 8 milimetrów wycinamydwa wsporniki . Szerokoœæ ichpodstawy wynosi 10 centymetrów,a wysokoœæ 20. We wspornikachwiercimy otwory o œrednicy 5 mili-metrów w odleg³oœci 20 milimetrówod krawêdzi.

K¹towniki. Do solidnegoumocowania suportu ko³a u¿yjemysamodzielnie wykonanych k¹towni-ków z 2-milimetrowej blachy .Blachê o wymiarach 10 na 4 centy-metry wyginamy w imadle wzd³u¿

d³u¿szego boku. Teraz nale¿y na-punktowaæ miejsca, których prze-widujemy otworki pod œruby. Wier-cimy je na drewnianej podk³adcewiert³em o œrednicy 3 milimetrów.

5

4

3

Widok maszyny z przodu

M

Ł

O

D

Y

T

E

C

H

N

I

K

5

/

2

0

0

5 2

57

Suport iskrownika

Wspornik ko ł a

3

4

M a s z y n a e l e k t r o s t a t y c z n a t o p o d s t a w o w a p o m o c

s z k o l n a , t y m b a r d z i e j c e n n a , j e ś l i s a m i j ą z r o b i c i e



Potrzebujemy dwóch takich k¹tow-niczków. No dobrze, mo¿ecie te¿wyci¹æ dwa kawa³ki gotowego k¹- townika.

Tarcze maszyny. Wytniemy je ze sklejki o gruboœci 5 milimet-rów. Do ciêcia sklejki mo¿emy po-s³u¿yæ siê wyrzynark¹ lub w razie jej braku ¿mudnie ci¹æ pi³¹ w³oœni-cow¹. Potrzebujemy dwóch kó³,ka¿de o œrednicy 20 centymetrów.W obu tarczach wiercimy centralnieotwory o œrednicy 5 milimetrów.Nastêpnie ko³a lakierujemy trzy-krotnie szybkoschn¹cym wodnymlakierem akrylowym.

Paseczki aluminiowe wy-cinamy z folii przy samodzielniezrobionym szablonie z kartonu. Pot-rzebujemy 24 sztuk na jedno ko³o.Paski o d³ugoœci 40 milimetrówz jednego koñca maj¹ szerokoœæ 10milimetrów, a z drugiego 8 milimet-rów. Mo¿emy wycinaæ ich po kilkaw zale¿noœci od gruboœci folii i ja-koœci no¿yczek. Du¿ym u³atwieniem jest pos³u¿enie siê foli¹ samoprzy-lepn¹ stosowan¹ do uszczelnianiaprzewodów kominkowych. Terazczyœciutkie paski folii nalepiamy napowierzchnie dobrze wysuszonych ju¿ tarcz.

Szczotki. Drut mosiê¿ny zagi-namy jak na szkicu . W zagiêciu

umieszczamy pêczki drucików mie-dzianych o œrednicy 0,1 milimetra. Po-winny mieæ d³ugoœæ 30 milimetrów.

Suporty szczotek central-

nych to dwa kr¹¿ki drewniane

o wymiarach 10 na 20 milimetrówz wywierconymi otworami o œredni-cy osi. Na nie za³o¿ymy mosiê¿nepierœcienie, do których przylutuje-my szczotki. Wszystko widoczne jest na szkicu. Zamiast lutowaniapierœcienie mo¿emy przewierciæ,a otwory nagwintowaæ. Nagwinto-wane koñce szczotek wkrêcamyw otwory pierœcieni.

Ko³a pasowe ma³e. Powinnymieæ œrednicê 30 milimetrów. Dwiesztuki wytoczymy na tokarce dodrewna w kszta³cie jak na szkicu

. Mo¿emy te¿, w przypadku bra-

ku dostêpu do tokarki, w kr¹¿kuo œrednicy 30 milimetrów wy¿³obiækanalik o szerokoœci 3 milimetrów.

Te kó³ka przyklejamy centralnie dowewnêtrznych stron tarcz maszyny.Wewnêtrznych to znaczy po prze-ciwnej stronie ni¿ s¹ aluminiowepaski.

Ko³o pasowe du¿e. Ma œred-nicê 80 milimetrów i szerokoœæ 35milimetrów. Tu musimy post¹piæpodobnie i w odleg³oœci 5 milimet-rów od krawêdzi wy¿³abiamy lubwytaczamy dwa kanaliki o szero-koœci i g³êbokoœci 3 milimetrów .

W tych kanalikach bêd¹ pracowaægumki napêdowe. W razie brakugumki rolê paska transmisyjnegomo¿e spe³niæ naoliwiony ciasno za-wi¹zany szpagat.

Korba. Jest wygiêta z drutu,który jest jednoczeœnie osi¹ du¿egoko³a pasowego. W miejscu gdzie nakorbie osadzone jest ko³o pasowe,drut nale¿y rozp³aszczyæ, co zapo-biegnie obracaniu siê ko³a wzglê-dem korby.

Szczotki zbieraj¹ce , czyli

kolektorowe, s¹ chyba najtrudniej-sz¹ czêœci¹, o któr¹ mo¿e rozbiæ siênasz entuzjazm. Ale co tam, dodzie³a. Paski blachy o wymiarach 12na 170 milimetrów zaginamy w jejszerokoœci z jednego koñca, naprzestrzeni 55 milimetrów. W takwykonan¹ rynienkê w³o¿ymy pêcz-

11

10

9

8

7

6

M

Ł

O

D

Y

T

E

C

H

N

I

K

5

/

2

0

0

5

58

Szczotki centralne

Ko ł o pasowe ma ł e

Ko ł o pasowe duże

Szczotka zbierająca

Pojedynczy p ł atek folii aluminiowej,

jakimi wylepione są tarcze

K ątownik wzmacniający konstrukcję

Drewniany suport szczotek

centralnych

7

9

10

11

5

8

6

n a w a r s z t a c i e



ki drucików miedzianycho œrednicy 0,1 milimetra.Musz¹ byæ one pozbawio-ne izolacji. Druciki szczotek maj¹ d³ugoœæ 30 mili-metrów. Teraz pozostajeoblutowaæ starannie kra-

wêdzie tak pracowiciewykonanych kolektorówdla nadania im trwa³oœci,poniewa¿ pracuj¹c, bêd¹nara¿one na uszkodzenie.Dalsze prace przy szczo- teczkach polegaj¹ na wy-giêciu ich na kszta³t wi-dziany na szkicu, a jesz-cze przed tym wywierce-niu otworów pod œrubyM3. Œruby te zamocuj¹ trwale nasze szczotki namosiê¿nych rurkach su-portu dŸwigni iskrownika.

DŸwignia iskrow-

nika. Potrzebujemy dwóch takich dŸwigni. Wygnie-my je w kszta³cie jak na szkicu .Na drugi koniec nasadzimy drew-niane uchwyty. Dobrze by³oby nakoñcach tych dŸwigni przylutowaæstalowe kulki, ale wygiêcia te¿spe³ni¹ sw¹ rolê.

Kondensatory. Dwa s³oiki ok-lejamy starannie wewn¹trz i nazewn¹trz paskiem folii aluminiowej

. Do dna s³oików tak¿e przykleja-my kr¹¿ki folii. W metalowych pok-rywkach s³oików wiercimy central-nie otworki o œrednicy 2 milimetrów.

Kolektory. Wygnie-my je, jak na szkicu, z drutu mosiê¿nego o œrednicy2 milimetrów i d³ugoœci175 milimetrów ka¿dy. Na tych kolektorach tak¿emusz¹ byæ szczoteczki

z miedzianego drutu .Wiem, ¿e w warsztacikumacie teraz prawie pra-cownie szczotkarsk¹, alepo poprzednich doœwiad-czeniach ju¿ chyba daciesobie radê. Wreszcie ko-lektory przek³adamy przezotwory w pokrywkach, ale tak, by szczoteczki opiera-³y siê o dno naszej butelkilejdejskiej. Na koniec ot-wory w pokrywkach oblu- towujemy.

Monta¿. Do deskipodstawy przykrêcamy zapoœrednictwem k¹towni-ków wsporniki ko³a. Po-

miêdzy nie wsuwamy obie tarczei wciskamy oœ, uprzednio przek³a-daj¹c te elementy trzema koralika-mi. Koraliki w tym wypadku pe³ni¹rolê ³o¿ysk œlizgowych. Na wystaj¹-ce osie wk³adamy dwa kr¹¿ki drew-

niane o wymiarach 10 na 20 mili-metrów. Na nie wciœniemy pierœcie-nie szczotek. Kr¹¿ek ko³a pasowegodu¿ego umieszczamy pomiêdzywspornikami na osi z kor-b¹ pomiêdzy tarczami tak jak na szkicu. Ko³a paso-we ³¹czymy modelarskimigumkami transmisyjnymio przekroju 3 na 3 milimet-ry. Pamiêtaæ nale¿y, by jedn¹ z gumek skrzy¿o-waæ, bo tarcze maj¹ obra-caæ siê w przeciwnychkierunkach, a to jest naj-prostszy sposób uzyska-nia takiego w³aœnie efek- tu. Butelki lejdejskie usta-wiamy na podstawie,wciskaj¹c górny wystaj¹-

cy koniec prêta do zaciskuszczoteczek. Gdy wszystko zmontujemy i tarczeobracaj¹ siê prosto i bez trudnoœci wreszcie…

Urz¹dzimy pokaz dzia³ania

naszej maszyny elektrostatycznej.

Zaproœcie jakichœ znajomych, bochyba nie chcecie byæ pora¿ani pr¹-dem w samotnoœci. Gdy siê roz-goszcz¹, nale¿y na³adowaæ butelkêlejdejsk¹. Koñce iskrownika usta-

wiamy w odleg³oœci oko³o jednegocentymetra od siebie i krêcimy kor-b¹. Tarcze obracaj¹ siê coraz prê-dzej, choæ w przeciwnych kierun-kach. Krêcimy tak nie d³u¿ej ni¿ mi-nutê, poniewa¿ tyle trwa proces ³a-dowania naszego s³oika lejdejskie-go. Nie mo¿na ³adowaæ zbyt d³ugo,gdy¿ dochodzi do przebicia, czylido roz³adowania i wszystko trzebapowtórzyæ od nowa. Gdy dysponu- jemy ju¿ na³adowanym s³oikiem-butelk¹ lejdejsk¹, ustawiamy ogl¹da- j¹cych pokaz przyjació³ woko³o i ka-¿emy im chwyciæ siê za rêce. Samiw³¹czamy siê w taki obwód, poda- j¹c jednej osobie rêkê, a do d³onidrugiej osoby dotykaj¹c koñcówkêbutelki lejdejskiej. Butelkê trzyma-my przez ca³y czas za zewnêtrzn¹ok³adkê. W momencie, gdy butelkabêdzie roz³adowywaæ siê poprzezcia³a uczestników eksperymentu,poczujemy wszyscy kopniêcie pr¹-dem. Tak naprawdê doœwiadczenienie jest niebezpieczne i mo¿emy jezrobiæ bez wiêkszych obaw. W po-

kazie nie powinny czynnie uczes-

tniczyæ osoby maj¹ce wbudowany

rozrusznik serca. Napiêcie pomiê-dzy ok³adkami butelki lejdejskiej jest rzêdu kilowoltów, natê¿enie jest jednak na tyle niskie, ¿e niko-mu nic siê nie stanie, ale i tak bê-dziecie wstrz¹œniêci. !

14

13

12

K t o z r o b i t a k ą m a s z y nę , n i e c h o g ł o s i

t e n f a k t n a f o r u m w w w. m t . c o m . p l

Kondensator, czyli butelka lej-

dejska ze s ł oika

Iskrownik wygięty z drutu mo-

siężnego

Szczotka

kolektora, ta ma

dotykać dna

kondensatora

M

Ł

O

D

Y

T

E

C

H

N

I

K

5

/

2

0

0

5

59

13

12

14

!

maszyna elektrostatyczna

Documents