Bộ thí nghiệm điện tích - điện trường

Máy phát tĩnh điện Wimshurst là thiết bị thí nghiệm biễu diễn, được sử dụng hỗ trợ dạy và học kiến thức nhiễm điện, điện tích, phóng điện.

Máy phát tĩnh điện Wimshurst gồm có 3 bộ phận chính:

1. Hai đĩa làm bằng chất cách điện tốt: trên mặt ngoài của đĩa có dán 20 lá nhôm mỏng cách đều nhau; Hai đĩa được đặt song song, đồng trục và quay ngược chiều nhau nhờ một cơ cấu truyền động gồm tay quay, các dây đai cao su,.

2. Hai thanh trung tính: Là vật dẫn được gắn cố định vào trục của hai đĩa; Ở hai đầu mỗi thanh trung tính có hai chổi kim loại luôn trượt sát trên bề mặt đĩa khi đĩa quay;

3. Hai cần gom điện tích: 
- mỗi cần gom điện tích dạng hình chữ U, ở hai nhánh có hai mũi nhọn đối diện nhau; các mũi nhọn này rất gần với các lá nhôm trên hai mặt ngoài của hai đĩa, nhưng không tiếp xúc với chúng;

CAO MÀ KHÔNG ĐẮT!

Tài liệu

Chúng tôi sẽ chỉnh sửa lại tài liệu này trong thời gian gần nhât

Nguyên lý hoạt động của máy Uyn-xớt:

Nó hoạt động thông qua một chuỗi các sự kiện. Hầu hết các giải thích cố gắng nhồi nhét tất cả vào một bức tranh, đòi hỏi chúng ta phải suy nghĩ để hình dung. Điều này thường dẫn đến mọi người không hiểu nguyên lý hoạt động, vì vậy, thay vào đó, chúng ta hãy làm một lời giải thích từng bước.

BẮT ĐẦU: SẠC điện tích CÁc miếng kim loại

Tổng quan về các miếng kim loại trên đĩa

Mỗi đĩa được bao phủ trong các miếng kim loại trên mặt bên ngoài của nó. Chuỗi sự kiện bắt đầu ở bất kỳ miếng kim loại nào có điện tích dương hoặc âm không bằng nhau. Miễn là các miếng kim loại được sạch sẽ và khô, sau đó thường có ít nhất một trong số miếng kim loại là tích điện dương hoặc âm. Ví dụ, chúng ta có một điện tích âm và nằm trên miếng kim loại ở đĩa trước.

Đó là điện tích âm ảnh hưởng đến khu vực gần nhất trên đĩa phía sau, đẩy lùi điện tích âm đến phía xa của nó để lại gần với một điện tích dương. Đó được gọi là hiện tượng cảm ứng tĩnh điện , và vì lý do đó mà máy Wimshurst được gọi là một máy tĩnh điện vì điện tích trên một khu vực ảnh hưởng đến sự phân bổ điện tích trên một khu vực khác.

Tiếp theo, hãy chuyển sang đĩa phía sau và nhìn vào những gì xảy ra với miếng kim loại đó đã bị ảnh hưởng.

Thanh trung hòa và sự trung hòa điện tích

Điều tiếp theo xảy ra là thiên tài thực sự. Mỗi đĩa có một thanh trung hòa đối diện với nó. Mỗi đầu của một thanh trung hòa có một bàn chải chạm vào các miếng kim loại khi nó trượt qua.  Điều đó có nghĩa là khi một bàn chải chạm vào một miếng kim loại, thanh trung hòa đang kết nối điện tích với miếng kim loại đó với một miếng kim loại khác ở đầu kia của thanh trung hòa. 

Giả sử một bàn chải trung hòa chạm vào miếng kim loại bị ảnh hưởng của cảm ứng tĩnh điện, miếng kim loại được hiển thị ở hình trên đã  phân bố sao cho điện tích dương ở phía đối diện vào trong và  điện tích âm ở bên chạm bàn chải. Mặc dù khu vực này là trung hòa điện tích tổng thể, thanh trung hòa chỉ nhìn thấy bên được tích điện âm. Nó bây giờ thấy sự mất cân bằng giữa hai miếng kim loại mà hai bàn chải của nó đang chạm vào. Điều đó gây ra sự di chuyển điện tích để khôi phục số dư đó. Một số điện tích âm sẽ di chuyển từ miếng kim loại chịu ảnh hưởng của cảm ứng tĩnh điện sang khu vực khác.  bây giờ, thanh trung hòa nó đã trung hòa điện tích trên hai miếng kim loại.

Ảnh hưởng đến các miếng kim loại khác - quan điểm phía sau và phía trước

Khi đĩa quay các miếng kim loại ra khỏi thanh trung hòa, khu vực đầu tiên được để lại tích điện dương do có một số điện tích âm được lấy từ nó. Và khi nhận được điện tích âm đó, mảnh kim loại còn lại mang điện tích âm.

Các mảnh kim loại mang điện tích được quay nhiều hơn để nơi nó phải đối mặt với các mảnh kim loại ở đĩa phía trước, khi những mảnh kim loại phía trước được tiếp xúc  bởi các bàn chải của thanh trung hòa ở bên đó. Các mảnh kim loại mới được điện tích ảnh hưởng đến sự mang điện tích trong nhiều mảnh kim loại hơn, v.v.

Một thực hiện  hữu ích là sự kiện cảm ứng tĩnh điện và trung hòa điện tích này gây ra một miếng kim loại làm cho khu vực đối mặt với nó trên đĩa khác bị tích điện dấu ngược lại.

Miếng kim loại tích điện âm của chúng tôi tạo ra một mảnh kim loại tích điện dương. Một miếng kim loại tích điện dương, một khi đĩa đã được quay, tiếp tục tạo ra một miếng kim loại tích điện âm ở mặt đối diện.

Điện tích và bộ gom

Các đĩa phía trước và phía sau (quay theo hướng ngược lại) dẫn đến sự mang điện tích như trên.

Có thể mất một chút thời gian để thuyết phục bản thân bạn (vì bạn đang nhìn thấy phía trước và phía sau bên cạnh), nhưng tất cả các miếng kim loại mang điện tích âm được hướng đến bộ gom điện tích bên trái và tất cả các miếng kim loại tích điện dương đang hướng đến bộ gom điện tích phải . Bạn cũng sẽ nhận thấy rằng các miếng kim loại vừa thông qua các bộ gom điện tích và được nó gom lại. Chúng trung hòa tổng thể một lần nữa cho đến khi chúng đến được các bàn chải trung hòa, nơi mà hiện tượng cảm ứng tĩnh điện và sự trung hòa về điện tích chúng tôi đã đề cập ở trên sẽ giúp chúng sạc lại.

Bộ gom điên tích không chạm vào các mảnh kim loại. Thay vào đó, nó có những điểm sắc nhọn đối diện với các mảnh kim loại và có khoảng cách không gian giữa chúng. Đây là một kỹ thuật quen thuộc mà chúng ta đã thấy trước đây trong các chức năng của máy phát điện Van de Graaff . Mỗi bộ gom có các điểm sắc nhọn đối diện với các mảnh kim loại trên cả hai đĩa tạo thuận lợi cho việc gom điện tích.

Sử dụng bộ gom bên trái làm ví dụ, điện tích âm trên các miếng kim loại sẽ đẩy các electron khỏi các đầu nhọn, để lại một điện tích dương. Vì chúng là những điểm sắc nhọn, nên điện tích dương được nhồi nhét lại với nhau tạo ra một điện trường mạnh trong khoảng cách gần các điểm. Trường điện mạnh mẽ này tách các phân tử không khí ra ngoài và bắt đầu quá trình làm cho không khí dẫn điện, tạo thành một hiệu ứng điện hoa gần các điểm. Đó là không khí dẫn điện gây ra điện tích âm của các miếng kim loại vượt qua khoảng cách tới bộ gom. Điều đó khiến các mảnh kim loại trung hòa điện tích trở lại.

Một điều tương tự xảy ra tại bộ gom còn lại, chỉ với những điện tích ngược lại. Vì những miếng kim loại này là tích điện dương, các miếng kim loại này sẽ nhận được các electron từ các bộ gom điện tích, làm cho các miếng kim loại đó trung hòa điện tích trở lại.

Nhưng tất cả những điện tích đó được sử dụng để trung hòa các mảnh kim loại mang điện tích dương đó đi đến và đến từ đâu? Đó là nơi phần còn lại của mạch đóng vai trò

Mạch thiết bị Wimshurst

Phần còn lại của mạch bao gồm một bộ phóng điện và hai lọ Leyden. Hai lọ Leyden chỉ là hai tụ hình trụ nối tiếp nhau. Khoảng cách bộ phong điện cũng có thể được coi là một tụ điện, mặc dù một với một điện môi mà phá vỡ một cách dễ dàng và có điện dung thấp so với các lọ Leyden. Khoảng cách tia lửa song song với các lọ Leyden, và cả hai đều song song với các bộ gom.

Điều đó có nghĩa là các điện tích được kết nối với nhau thông qua các đĩa mà còn thông qua các tụ điện Leyden .Điện tíc được thu thập từ các miếng kim loại mang điện tích lên lọ Leyden vàbộ phóng điện. Các lọ Leyden được thiết kế để chịu được một điện áp cao hơn khoảng cách tia lửa để nó là khoảng cách tia lửa phá vỡ đầu tiên. Khi nó tạo ra một mạch ngắn. Tất cả các điện tích tích lũy trong lọ Leyden nhanh chóng phóng qua khoảng cách bộ phóng điện như một tia lửa, nó làm trung hòa các lọ Leyden cho đến khi quá trình sạc bắt đầu lại.