정전 발전기
Electrostatic generator
정전 발전기 또는 정전 기계는 정전기를 발생시키는 전기 발전기입니다. 즉, 고전압 및 저연속 전류로 전기를 발생시킵니다.정전기에 대한 지식은 초기 문명으로 거슬러 올라가지만, 수천 년 동안 그것은 단지 흥미롭고 혼란스러운 현상으로 남아 있었고, 그것의 행동을 설명하는 이론이 없었고 종종 자기와 혼동되었다.17세기 말까지, 연구자들은 마찰에 의해 전기를 생산하는 실용적인 방법을 개발했지만, 정전기의 개발은 새로운 전기 과학에 대한 연구에서 기초적인 도구가 된 18세기까지 본격적으로 시작되지 않았다.
정전 발전기는 수동(또는 기타) 전원을 사용하여 기계적 작업을 전기에너지로 변환하거나 전류를 사용하여 작동합니다.수동 정전 발생기는 전기력만을 사용하여 두 도체에 전달되는 반대 부호의 정전하를 발생시키고 이동 플레이트, 드럼 또는 벨트를 사용하여 고전위 전극으로 전하를 전달하는 방식으로 작동합니다.
묘사
정전기는 일반적으로 전기력과 고전압 현상을 안전하게 보여주기 위해 과학 수업에서 사용된다.달성된 높은 전위차는 X선 튜브 작동, 입자 가속기, 분광학, 의료 응용, 식품의 멸균 및 핵 물리학 실험과 같은 다양한 실제 응용 분야에도 사용되었다.Van de Graff 발전기와 같은 정전 발생기와 Pelletron과 같은 변종도 물리학 연구에 사용됩니다.
정전 발전기는 전하 발생 방법에 따라 다음과 같은 범주로 나눌 수 있습니다.
마찰기
역사
최초의 정전 발전기는 발전 과정에서의 마찰 때문에 마찰 기계라고 불립니다.마찰 기계의 원시적인 형태는 오토 폰 게리케에 의해 1663년경에 발명되었는데, 손으로 회전하고 문지르는 유황구체를 사용했다.그것은 실제로 사용 중에 회전하지 않았을 수도 있고 전기를 생산하기 위한 [1]것이 아니었을 수도 있지만, 회전하는 구상체를 사용하는 많은 후대의 기계들에게 영감을 주었다.아이작 뉴턴은 [2]유황 대신 유리구체를 사용할 것을 제안했다.약 1706년 Francis Hauksbee는 그의 마찰 전기 기계로 기본적인 [3]디자인을 개선했는데, 이것은 양털 [4]천에 대해 유리 구체를 빠르게 회전시킬 수 있게 했다.
발전기는 약 1730년에 교수에 의해 더욱 발전되었다.비텐베르크의 게오르크 마티아스 보즈는 집전체를 추가했다.Bose는 이러한 기계에 "주요 전도체"를 처음으로 사용했는데, 이것은 수지 블록 위에 서서 몸이 절연된 사람의 손에 쥐어진 철봉으로 구성되어 있다.
1746년, 윌리엄 왓슨의 기계는 여러 개의 유리글로브를 돌리는 큰 바퀴를 가지고 있었고, 검과 총통은 그것의 주요 도체들을 위한 실크줄에 매달려 있었다.라이프치히의 물리학 교수인 요한 하인리히 빙클러는 손을 가죽 쿠션으로 대체했다.1746년 동안, 얀 잉겐하우즈는 [5]판유리로 만들어진 전기 기계를 발명했다.전기 기계에 대한 실험은 레이든 항아리의 발견으로 큰 도움을 받았다.이 초기 형태의 콘덴서는 유리 양쪽에 전도성 코팅이 되어 있어 기전력원과 연결되면 전하가 축적될 수 있습니다.
이 전기 기계는 곧 스코틀랜드인이자 에르푸르트 교수인 앤드류 고든에 의해 더욱 개선되었고, 그는 유리구슬 대신 유리 실린더를 대체했고, 라이프치히의 기싱은 모직물 쿠션으로 구성된 "고무"를 추가했다.일련의 금속 점으로 구성된 수집기는 약 1746년에 벤자민 윌슨이 기계에 추가했고, 1762년 영국의 존 캔튼(또한 최초의 피스볼 전기 스코프의 발명가)이 고무 [6]표면에 주석의 아말감을 뿌려 전기 기계의 효율을 향상시켰다.1768년, Jesse Ramsden은 널리 사용되는 판형 전기 [clarification needed]발전기를 만들었다.
1783년, 네덜란드 과학자 하렘의 마르틴 반 마름은 그의 실험을 위해 지름 1.65미터의 유리 원반을 가진 고품질의 대형 정전 기계를 설계했다.어느 극성으로든 전압을 생성할 수 있는 이 장치는 이듬해 암스테르담의 John Cuthbertson에 의해 그의 감독 하에 제작되었습니다.이 발전기는 현재 하를렘의 테일러 박물관에 전시되어 있다.
1785년, N. Rouland는 토끼 털로 덮인 두 개의 접지된 튜브를 문지르는 실크 벨트 기계를 만들었습니다.Edward Nairne은 1787년에 양 또는 음의 전기를 발생시킬 수 있는 정전기 발생기를 개발했는데, 그 중 하나는 수집 지점을 운반하는 주 도체로부터 수집되고, 다른 하나는 마찰 패드를 운반하는 주 도체로부터 수집됩니다.윈터[clarification needed] 머신은 이전의 마찰 머신보다 효율이 높았다.
1830년대에, 게오르크 옴은 그의 연구를 위해 반 마름 기계와 유사한 기계를 가지고 있었습니다(그 기계는 현재 독일 뮌헨의 독일 박물관에 있다.1840년 우드워드 기계는 1768년 램즈든 기계를 개량하여 개발되었으며, 원반 위에 주요 도체를 배치하였다.또한 1840년에 수증기를 전하 운반체로 사용하는 암스트롱 수력발전기가 개발되었습니다.
마찰 조작
표면 전하 불균형이 존재한다는 것은 물체가 끌어당기거나 반발력을 보인다는 것을 의미합니다.정전기로 이어지는 이러한 표면 전하 불균형은 서로 다른 두 표면을 서로 접촉시킨 후 삼각전기 효과의 현상으로 분리함으로써 발생할 수 있습니다.두 개의 비전도성 물체를 문지르면 대량의 정전기가 발생합니다.이는 마찰에 의한 것이 아닙니다.두 개의 비전도성 표면이 서로 겹쳐지는 것만으로 대전될 수 있습니다.대부분의 표면은 거친 질감을 가지고 있기 때문에 문지르는 것보다 접촉에 의한 충전이 더 오래 걸립니다.물체를 함께 문지르면 두 표면 사이의 접착 접촉량이 증가합니다.일반적으로 절연체(예: 전기가 통하지 않는 물질)는 표면 전하를 생성하고 유지하는 데 모두 능숙합니다.이러한 물질의 예로는 고무, 플라스틱, 유리, 피스가 있습니다.접촉하는 전도성 물체도 전하 불균형을 발생시키지만 절연된 경우에만 전하를 유지합니다.접촉 대전 중에 전달되는 전하가 각 물체의 표면에 저장됩니다.전류가 존재해도 정전력이나 스파크, 코로나 방전 또는 기타 현상이 저하되지 않습니다.두 현상 모두 동일한 시스템에서 동시에 존재할 수 있습니다.
기계에 영향을 주다
역사
마찰 기계는 위에서 언급한 두 번째 등급의 계기, 즉 영향 기계에 의해 점차 대체되었다.이들은 정전 유도에 의해 작동하며 소량의 초기 전하를 통해 기계적인 작업을 정전 에너지로 변환합니다. 소량은 지속적으로 보충 및 강화됩니다.영향 기계에 대한 첫 번째 제안은 볼타의 전기 인두의 발명에 기인한 것으로 보인다.전기 인두는 정전 유도 과정을 통해 전하의 불균형을 생성하는 데 사용되는 단일 플레이트 캐패시터입니다.
다음 단계는 금박 전기 검침기의 발명가인 아브라함 베넷이 "전기의 이중자"를 묘사했을 때였다.트랜스(Trans., 1787)는 전기 인두와 유사하지만 전기 스코프에서 관측할 수 있도록 3개의 절연판을 사용하여 반복적인 수동 조작을 통해 소량의 전하를 증폭시킬 수 있다.1788년, 윌리엄 니콜슨은 최초의 회전 영향 기계로 간주될 수 있는 회전 이중기를 제안했다.그의 악기는 "윈치를 돌리면 마찰이나 지구와의 통신 없이 두 가지 전기 상태를 만들어 내는 악기"라고 묘사되었다.Trans., 1788, 페이지 403) Nicholson은 나중에 "회전 콘덴서" 장치를 더 나은 측정 기구로 설명했습니다.
Erasmus Darwin, W. Wilson, G. C. Bohnenberger, 그리고 (나중에 1841년) J. C. E. Péclet은 베넷의 1787년 장치의 다양한 수정을 개발했습니다.Francis Ronalds는 1816년 시계 장치 또는 증기 엔진으로 구동되는 판자 중 하나로 추 밥(bob)을 채택함으로써 발전 과정을 자동화했습니다. 그는 전기 [7][8]전신기에 전력을 공급하는 장치를 만들었습니다.
T. 카발로 (1795년에 간단한 덧셈을 이용한 전하승수인 "카발로 승수"를 개발한 사람), 존 리드, 찰스 베르나르 데소르메스, 장 니콜라 피에르 하셰트를 포함한 다른 사람들은 더욱 다양한 형태의 회전 이중자를 개발했다.1798년, 독일의 과학자이자 전도사인 고틀리브 크리스토프 보넨버거는 책에서 베넷과 니콜슨 타입의 다른 몇 가지 더블러와 함께 본엔버거 기계를 묘사했다.이들 중 가장 흥미로운 것은 "Annalen der Physik" (1801)에 설명되어 있다.1831년 주세페 벨리는 절연 줄기에 실려 있는 한 쌍의 판을 회전시키는 두 개의 곡면 금속판으로 구성된 단순한 대칭 더블러를 개발했습니다.그것은 두 터미널에 동일한 구조를 가진 최초의 대칭 영향 기계였다.이 장치는 C에 의해 여러 번 재창조되었습니다. 1860년 켈빈 경(복제자) 1868년, 그리고 최근에는 A. D. 무어(디로드)에 의해 고출력 버전을 특허받은 바리.켈빈 경은 또한 그의 사이펀 레코더와 관련하여 잉크를 전기화하기 위해 일반적으로 마우스 밀이라고 불리는 복합 영향 기계와 전자기 기계를 고안했고, 그가 "물방울 콘덴서"라고 불렀던 물방울 정전 발생기(1867년)를 발명했다.
홀츠 기계
1864년과 1880년 사이에, W. T. B. Holtz는 그 시대의 가장 진보된 발전으로 여겨지는 많은 영향 기계를 만들고 묘사했다.하나의 형태에서, Holtz 기계는 수평 축에 장착된 유리 디스크로 구성되어 있으며, 다중 기어로 상당한 속도로 회전할 수 있으며, 그 근처의 고정 디스크에 장착된 유도판과 상호작용합니다.1865년 8월 J.I. 토플러는 같은 축에 고정돼 같은 방향으로 회전하는 2개의 디스크로 구성된 인펙트 머신을 개발했다.1868년, Schwedoff 기계는 출력 전류를 증가시키는 신기한 구조를 가지고 있었다.또한 1868년에는 쿤트 기계와 카레 기계를 포함한 여러 가지 혼합 마찰력 기계가 개발되었습니다.1866년에 피체 기계(또는 Bertsch 기계)가 개발되었습니다.1869년 H. Julius Smith는 가루를 점화하도록 설계된 휴대성과 밀폐장치에 대한 미국 특허를 받았다.또한 1869년 독일의 섹터리스 기계는 포겐도르프에 의해 조사되었다.
영향 기계의 작용과 효율은 F에 의해 추가로 조사되었다. 로세티, A. 리기, 프리드리히 콜라우슈입니다E. E. N. 마스카트, A. Roiti와 E. 부쇼트는 또한 영향 기계의 효율성과 현재 생산력을 조사했다.1871년, 섹터가 없는 기계는 무세우스에 의해 조사되었다.1872년, Righi의 전기계가 개발되었고 Van de Graff 발전기의 첫 번째 선행 모델 중 하나였다.1873년 레이저는 홀츠 기계의 변형인 레이저 기계를 개발했습니다.1880년, 베를린의 악기 제작자인 로버트 보스(Robert Voss)는 토플러와 홀츠의 원리가 결합되었다고 주장하는 기계의 형태를 고안했다.같은 구조가 토플러-홀츠 기계로도 알려져 있습니다.
윔슈스트 머신
1878년, 영국의 발명가 제임스 윔셔스트는 여러 개의 디스크가 있는 강력한 버전으로 홀츠 기계를 개량하는 정전 발전기에 대한 연구를 시작했습니다.가장 인기 있는 영향 기계의 형태가 된 고전적인 윔셔스트 기계는 1883년에 과학계에 보고되었지만, 매우 유사한 구조를 가진 이전의 기계들은 Holtz와 Musaeus에 의해 이전에 설명되었습니다.1885년에 영국에서 가장 큰 윔셔스트 기계 중 하나가 만들어졌습니다(현재 그것은 시카고 과학 및 산업 박물관에 있습니다).Wimshurst 기계는 매우 단순한 기계입니다. 모든 것이 기계에 영향을 미치듯이, 정전기를 통해 작동하며, 이는 아주 적은 양의 기존 전하를 사용하여 더 많은 전하를 생성하고 축적하는 것을 의미하며, 기계가 작동하는 한 이 과정을 반복합니다.Wimshurst 머신은 2개의 절연 디스크로 구성되어 있습니다.이 디스크는 반대방향의 도르래에 부착되어 있으며, 바깥쪽을 향해서 작은 도전성(일반적으로 금속) 플레이트가 있습니다.또한 전하 안정제 역할을 하며 새로운 전하가 수집되는 두 개의 양끝 브러시입니다.두 쌍의 콜.ecting combs. 기계에서 생산되는 전하의 수집기, 기계의 캐패시터인 레이든 자 2개, 충분히 축적된 후 전하를 전달하기 위한 전극 한 쌍.Wimshurst Machine은 간단한 구조와 구성 요소로 인해 가정용 정전 실험이나 시연에 흔히 사용되는 제품입니다. 이러한 특성은 [9]앞서 언급한 바와 같이 이 기계의 인기에 기여했습니다.
1887년 와인홀드는 극성 반전을 피하기 위해 원반 가까이에 나무 실린더가 있는 수직 금속 막대 인덕터 시스템으로 레이서 기계를 개조했습니다.M. L. L. L. Lebiez는 기본적으로 단순화된 Voss 기계인 Lebiez 기계를 설명했습니다(L'Electricien, 1895년 4월, 페이지 225–227).1893년 보네티는 [10][11]윔셔스트 기계의 구조를 가지고 있지만 디스크에 금속 섹터가 없는 기계를 특허 취득했습니다.이 기계는 구분된 버전보다 훨씬 강력하지만 일반적으로 외부에서 충전된 상태에서 시작해야 합니다.
피죤 머신
1898년, 피죤 기계는 W. R. 피죤에 의해 독특한 설정으로 개발되었습니다.그해 10월 28일, Pidgeon은 영향력 기계에 대한 수년간의 조사 끝에 이 기계를 물리학회에 제출했습니다(10년 초에 시작).이 장치는 나중에 철학 잡지 (1898년 12월, 564페이지)와 전기 리뷰 (Vol. XLV, 748페이지)에 보고되었다.피죤 기계는 정전유도효과를 증가시키도록 배열된 고정인덕터를 가지고 있다(또한 그 전기출력은 이 타입의 일반기계보다 적어도 2배 이상 높다(과부하되는 경우를 제외한다).피죤 기계의 기본 특징은 회전 지지대와 전하를 유도하기 위한 고정 지지대의 조합이며, 두 번째는 기계의 모든 부품(특히 발전기 캐리어)의 절연 개선입니다.피죤 기계는 Wimshurst Machine과 Voss Machine의 조합으로, 전하 누출량을 줄이도록 조정된 특수 기능을 갖추고 있습니다.피죤 기계는 이런 종류의 기계들보다 더 쉽게 스스로를 흥분시킨다.또한, Pidgeon은 폐쇄된 섹터가 있는 더 높은 전류 "트리플렉스" 섹션 머신(또는 "1개의 중앙 디스크가 있는 이중 머신")을 조사했습니다(이러한 유형의 기계에 대한 영국 특허 22517(1899)을 계속 받았습니다).
여러 개의 디스크 기계와 "트리플렉스" 정전 기계(3개의 디스크가 있는 발전기)도 20세기 초에 광범위하게 개발되었습니다.1900년에 F. Tudsbury는 압축 공기, 또는 더 나은 이산화탄소를 포함하는 금속 챔버에 발전기를 둘러싸는 것은 압축 가스의 파괴 전압의 증가와 판과 절연에 걸친 누출의 감소로 인해 크게 개선된 효과를 얻을 수 있다는 것을 발견했다.서포트하고 있습니다.1903년 Alfred Werhrsen은 디스크 표면에 버튼 접점이 있는 섹터를 내장한 에보나이트 회전 디스크를 특허 취득했습니다.1907년 하인리히 웜멜스도르프는 이 원반과 셀룰로이드 판에 내장된 인덕터를 이용한 홀츠 기계의 변형을 보고했다(DE154175; "베를센 기계").Wommelsdorf는 또한 고성능 정전기를 개발했는데, 그 중 가장 잘 알려진 것은 그의 "콘덴서 기계"(1920년)였다.이들은 가장자리에 액세스되는 섹터가 내장된 디스크를 사용하는 단일 디스크 머신입니다.
판 데 그라프
그 밴 더 그래프 정전 발전기는 미국 물리학자 로버트 J. 밴 더 그래프 정전 1929년 MIT에서에 의해 입자 가속기로 창안되었다.[12]첫번째 모델 10월 1929년에 입증되었다.그 밴 더 그래프 정전 기계에서, 절연 벨트가 터미널에 금속의"빗" 의해 옮겨집니다 격리된 속이 빈 금속 높은 전압 터미널의 내부에 전하를 실어 나른다.설계의 이점은 없기 때문에 전기장 터미널의 내부에 벨트에 배터리가 터미널에 관계 없이 터미널에 얼마나 높은 전압의 퇴원해도 될 것으로 계속할 수 있었다.공기가 터미널 옆의 전압을 장비의 유일한 제한은 이온화.때 터미널에서의 전기장 공기의 절연 내력, 센티 미터 당 약 30kV초과한다면 이 발생한다.이후로 가장 높은 전기장 예리한 지점과 가장자리에서 생산된다는 부드러운 중공 구체의 형태로, 직경은 더 높은 전압을 얻은 것으로 만들어진다.그 첫번째 기계 실크 리본 5는 가게에서 충전하는 전송 벨트로서 사곤 했다.1931년 버전을 백만볼트를 생산할 수 있는 특허를 공개에 기술되었다.
그 밴 더 그래프 정전 발전기는 성공한 입자 가속기는 사이클로트론이 대체했다 1930년대 후반 가장 높은 에너지 산지다.열린 밴 더 그래프 정전에 기계들을 전압은 몇 백만볼트까지 진행 공기 고장으로 제한되어 있다.높은 전압, 25megavolts에, 가압 절연 가스의 탱크가 발전기하면 달성되었다.VandeGraaff 의해서 고안된 입자 가속기 이런 종류의 아직도 의학과 연구에 사용된다.다른 변형도 그 Pelletron 같은 책임을 맡고 수송을 위한 링크를 실시하고 절연 교류 가지고 체인을 사용하여 물리학 연구, 발명되었다.
중소 밴더 그래프 발전기 흔히 공상 과학 박물관과 과학 교육에 정전기의 원칙을 논증 하기 위해 사용된다.사람이 절연 서포트 위에 서 있는 상태에서 고전압 단자를 만지게 하는 것이 인기 있는 시연입니다. 고전압은 사람의 머리카락을 충전하여 머리카락의 가닥이 머리에서 튀어나오게 합니다.
다른이들
모든 정전 발전기가 삼각 전기 효과 또는 정전 유도를 사용하는 것은 아닙니다.전하를 직접 전류로 발생시킬 수 있다.예를 들어 이오나이저와 ESD 건이 있습니다.
적용들
격자 이온 추진기
EWICON
정전 베인리스 이온 풍력 발생기인 EWICON은 델프트 공과대학(TU Delft)의 전기 공학, 수학 및 컴퓨터 과학대학에 의해 개발되었습니다.건축회사인 메카누 근처에 있다.주요 개발자는 Johan Smit과 Dhiradj Dhairam이었다.바람 이외에는 움직이는 부품이 없습니다.그것은 바람에 의해 [13]집전기로부터 대전된 입자를 운반한다.그 디자인은 효율성이 [14]떨어지기 때문에 어려움을 겪고 있다.
더치 윈드휠
EWICON용으로 개발된 기술은 네덜란드 [15][16]풍차에서 재사용되고 있다.
공기 이오나이저
프린지 과학 및 장치
이 발전기는 때때로 부적절하게, 그리고 약간의 논란과 함께, 다양한 주변 과학 연구를 지원하기 위해 사용되어 왔다.1911년 조지 새뮤얼 피곳은 무선전파와 "반중력"에 관한 실험으로 가압 박스 안에 밀폐된 소형 이중 기계에 대한 특허를 받았다.훨씬 후에 (60년대에) "테스타티카"로 알려진 기계는 독일의 기술자 Paul Suisse Bauman에 의해 만들어졌고 스위스 커뮤니티인 Methernethans에 의해 홍보되었다.테스타티카는 1898년 피죤 정전기를 기반으로 하는 전자기 발생기로, 환경에서 직접 사용할 수 있는 "자유 에너지"를 생산한다고 알려져 있다.
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
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- Bonetti 기계 조립 방법
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외부 링크

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