Τι είναι μια μηχανή Wimshurst;

Η μηχανή Wimshurst ήταν μια επαναστατική γεννήτρια τον 19ο αιώνα που δημιούργησε στατικό ηλεκτρισμό που μπορούσε να παράγει μια ισχυρή τάση. Κατηγοριοποιήθηκε ως «μηχανή επιρροής», καθώς δεν χρησιμοποιούσε τριβή στην παραγωγή τάσεων. Το μηχάνημα εφευρέθηκε και ολοκληρώθηκε το 1883 από έναν Βρετανό εφευρέτη και μηχανικό ονόματι James Wimshurst. Το μηχάνημα Wimshurst έτυχε πολύ καλής αποδοχής γιατί είχε τη δυνατότητα να παράγει υψηλότερες τάσεις από άλλες γεννήτριες στην εποχή του και δεν είχε καμία αστοχία όπως εναλλαγή πολικότητας. Αιώνες αργότερα, η μηχανή εξακολουθεί να κατασκευάζεται για να δείξει πώς λειτουργεί ο στατικός ηλεκτρισμός.

Τα πιο αξιοσημείωτα πράγματα για το μηχάνημα Wimshurst είναι οι δύο λεπτοί δίσκοι με τρύπες στη μέση, οι οποίοι έχουν έναν κύλινδρο τοποθετημένο πάνω τους για την τοποθέτηση των δίσκων στη βάση. Στον κύλινδρο είναι στερεωμένα δύο λεπτές μεταλλικές ράβδοι — μία για κάθε δίσκο — που έχουν μεταλλικές βούρτσες και στα δύο άκρα. Στην αριστερή και δεξιά πλευρά του μηχανήματος υπάρχουν δύο άλλες μεταλλικές ράβδοι που ονομάζονται «ηλεκτρόδια», που διακρίνονται από τις μπάλες στα άκρα τους. Ένα άλλο ζεύγος οριζόντιων μεταλλικών ράβδων που ονομάζονται «συλλεκτικές χτένες» είναι εγκατεστημένο και στις δύο πλευρές του μηχανήματος, με ελαστικά πώματα σε ένα από τα άκρα. Τα άλλα άκρα των χτενών συλλογής εισάγονται σε βάζα Leyden, που ονομάζονται πυκνωτές. Βασικά, κάθε πλευρά πρέπει να μοιάζει και να περιέχει τα ίδια εξαρτήματα όπως οι βούρτσες και οι χτένες συλλογής, εκτός από τα ηλεκτρόδια που είναι εγκατεστημένα σε έναν μόνο από τους δίσκους.

Το μηχάνημα Wimshurst λειτουργεί όταν οι δύο δίσκοι περιστρέφονται, συνήθως με τη χρήση μιας λαβής, όπως σε ένα κουτί τεντώματος. Οι δίσκοι λέγεται ότι «αντιπεριστρέφονται» ή περιστρέφονται ο ένας αντίθετα από την κατεύθυνση του άλλου. Μπορεί κανείς να υποθέσει ότι ο πίσω δίσκος φορτίζεται αρνητικά και όταν αυτό το αρνητικό φορτίο ευθυγραμμίζεται με το ένα άκρο της μεταλλικής βούρτσας στον μπροστινό δίσκο, δημιουργείται ένα θετικό φορτίο για να εξισορροπηθεί το αρνητικό φορτίο. Το άλλο άκρο της βούρτσας, ωστόσο, παράγει αρνητικό φορτίο, αφού το άλλο άκρο περιέχει θετικό φορτίο.

Μόλις υπάρχουν αρνητικά και θετικά φορτία στον μπροστινό δίσκο της μηχανής Wimshurst, ο πίσω δίσκος ενεργοποιείται για να δημιουργήσει θετικά και αρνητικά φορτία επίσης, προκειμένου να δημιουργηθούν αρνητικές-θετικές πολικότητες. Αυτή η διαδικασία συνεχίζεται όσο οι δίσκοι περιστρέφονται αντίθετα, έως ότου προκληθούν τόσα πολλά θετικά και αρνητικά φορτία που δεν μπορούν να συγκρατηθούν και «εκραγούν» σε μικροσκοπικούς σπινθήρες. Μπορεί να οπτικοποιηθεί ότι οι δίσκοι μπορούν να κρατήσουν μόνο ένα θετικό και ένα αρνητικό φορτίο, οπότε όταν τα επιπλέον φορτία περνούν από τη χτένα συλλογής, η τελευταία συλλέγει τα φορτία και τα αποθηκεύει μέσα στους πυκνωτές. Η μία χτένα συγκεντρώνει όλα τα αρνητικά φορτία σε ένα βάζο, ενώ η άλλη χτένα συλλέγει τα θετικά φορτία σε ένα άλλο βάζο.