Ηλεκτροφορητική μηχανή Goltz
Η ιστορική περίοδος της πιο ενεργής πειραματικής έρευνας στον τομέα των ηλεκτρικών φαινομένων συνδέεται με την εμφάνιση του πρώτου ηλεκτροστατικές μηχανές, η δράση του οποίου κατέστησε δυνατή την απόκτηση ηλεκτρικής ενέργειας λόγω της εκτέλεσης μηχανικών εργασιών.
Η μηχανική εργασία συνίστατο στην περιστροφή ορισμένων τμημάτων της μηχανής, στην οποία ξεπερνιούνται οι δυνάμεις έλξης (αντίθετα) και απώθησης (με το ίδιο όνομα) ηλεκτρικά φορτία, που υπήρχαν στα ηλεκτρισμένα στοιχεία της μηχανής.
Τα πειράματα με τέτοιες μηχανές συνέβαλαν στην καλύτερη κατανόηση από τους ερευνητές εκείνης της εποχής της ίδιας της φύσης του ηλεκτρισμού και των αρχών των ηλεκτρικών αλληλεπιδράσεων.
Δημιουργία της πρώτης μηχανής ηλεκτροστατικής τριβής ιστορικοί αποδίδουν στον Γερμανό επιστήμονα Otto von Gerike, ο οποίος το 1650 δημιούργησε για πρώτη φορά μια τέτοια συσκευή. Ήταν μια μηχανή που η δουλειά της βασιζόταν στο ήδη γνωστό τότε φαινόμενο της ηλεκτροδότησης των σωμάτων μέσω της τριβής. Οι μηχανές τριβής, ωστόσο, έχουν ένα σημαντικό μειονέκτημα — η λειτουργία τους απαιτεί την εφαρμογή μεγάλων μηχανικών δυνάμεων.
Σε αντίθεση με τις μηχανές τριβής που δημιουργήθηκαν αργότερα ηλεκτροφορικές (επαγωγικές) μηχανές στερήθηκαν αυτό το μειονέκτημα, αφού για να λάβουν ηλεκτρική ενέργεια δεν χρειαζόταν άμεση επαφή των ηλεκτρισμένων μερών με τον επαγωγέα (με το εξάρτημα που προκάλεσε την ηλεκτροδότηση).
Έτσι, η πρώτη ηλεκτροφορική μηχανή, δηλαδή μια ηλεκτροστατική μηχανή που δεν απαιτεί αμοιβαία τριβή των μερών της για να αποκτήσει ηλεκτρισμό, κατασκευάστηκε το 1865 από έναν Γερμανό φυσικό Αύγουστος Τέπλερ… Ο εφευρέτης ήταν της γνώμης ότι ήταν ηλεκτροφορητικές μηχανές που θα επέτρεπαν την αποτελεσματική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω της μετατροπής της μηχανικής ενέργειας.
Τότε, Γερμανός φυσικός Wilhelm Goltz (Γερμανικό Holtz), ανεξάρτητα από την Toepler, σχεδίασε μια απλούστερη και πιο αποτελεσματική ηλεκτροφορητική μηχανή που παρήγαγε μεγάλη διαφορά δυναμικού και θα μπορούσε ακόμη και να χρησιμεύσει ως πηγή συνεχούς ρεύματος για φωτισμό. Οι μηχανές του Goltz έγιναν οι πρώτες ηλεκτροφορητικές μηχανές που εμφανίστηκαν στις τάξεις των εκπαιδευτικών ιδρυμάτων.
Κύρια μέρη της μηχανής Goltz — δύο γυάλινοι δίσκοι και μεταλλικές χτένες σχεδιασμένες να αφαιρούν το φορτίο. Ο ένας από τους δίσκους είναι ακίνητος και ο άλλος μπορεί να περιστραφεί. Οι δίσκοι είναι τοποθετημένοι σε έναν κοινό άξονα. Σε ένα από τα μουσειακά εκθέματα, ο σταθερός δίσκος έχει διάμετρο 100 cm, ενώ ο περιστρεφόμενος δίσκος είναι 94 cm.
Ο σταθερός δίσκος στηρίζεται σε μια πλάκα εβονίτη και στηρίζεται σε κάθετη θέση από κύκλους εβονίτη σε μονωτικές βάσεις. Τα παράθυρα κόβονται στον σταθερό δίσκο, στο πίσω μέρος του οποίου είναι κολλημένοι ημιτελείς τομείς χαρτιού που ονομάζονται πλαίσια.
Οι στεφάνες καταλήγουν σε χάρτινες γλώσσες, οι μπροστινές μυτερές άκρες των οποίων δείχνουν προς τον κινητό δίσκο και είναι ελαφρώς κυρτές.Οι δίσκοι, τα πλαίσια και οι γλώσσες είναι επικαλυμμένα με gumilac (ρητινώδη ουσία).
Οι ορειχάλκινες χτένες τοποθετούνται κατά μήκος της οριζόντιας διαμέτρου του κινητού δίσκου, μπροστά, σε κάθε πλευρά του. Οι χτένες αυτές συνδέονται με αντίστοιχα ορειχάλκινα σύρματα, στα άκρα των οποίων υπάρχουν αγώγιμες μπάλες, από τις οποίες περνούν ορειχάλκινες ράβδοι, που καταλήγουν σε μπάλες εσωτερικά, με ξύλινες (μονωτικές) λαβές εξωτερικά. Τα μπαστούνια μπορούν να μετακινηθούν μετακινώντας τις μπάλες μακριά ή πιο κοντά.
Τα βάζα Leyden (με εσωτερικές πλάκες) μπορούν να συνδεθούν στους αγωγούς των οποίων οι εξωτερικές πλάκες συνδέονται μεταξύ τους με σύρμα. Δύο ορειχάλκινοι στύλοι στο μπροστινό μέρος του μηχανήματος χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση καλωδίων. Οι μπάλες μπορούν να ακουμπήσουν πάνω σε αυτούς τους στύλους απλώς γέρνοντας τα καλώδια.
Ο μπροστινός δίσκος έχει ρυθμιστεί να περιστρέφεται μέσω ενός ιμάντα κίνησης και ενός συστήματος κυλίνδρων συνδεδεμένων σε μια λαβή με την οποία ο πειραματιστής ενεργοποιεί αυτόν τον μηχανισμό. Ωστόσο, πριν ξεκινήσετε να εργάζεστε με το μηχάνημα, είναι απαραίτητο να ηλεκτρίσετε τους τομείς χαρτιού (πλαίσια) με αντίθετα φορτία (θα τους συμβολίσουμε ως p + και p-).
Αυτά τα πλαίσια, τα οποία είναι φορτισμένα, λόγω του φαινομένου της ηλεκτροστατικής επαγωγής, θα δράσουν στον περιστρεφόμενο δίσκο, και ο δίσκος θα ενεργήσει με τη σειρά του στις χτένες Ο και Ο'.
Καθώς ο δίσκος περιστρέφεται, το πλαίσιο (στο παράθυρο F) με φορτίο p + θα προκαλέσει (επάγει) ένα αρνητικό φορτίο στο πίσω μέρος του περιστρεφόμενου δίσκου m και ένα φορτίο του ίδιου σημείου θα έλκεται στην κορυφογραμμή O, και πάλι λόγω στο φαινόμενο της ηλεκτροστατικής επαγωγής. Μέρος του δίσκου m' θα λάβει αρνητικό φορτίο από τη χτένα O, και η ίδια η χτένα O, μαζί με τον αγωγό της C και τη σφαίρα r, θα είναι επομένως θετικά φορτισμένα.
Έτσι, ο δίσκος ηλεκτρίζεται αρνητικά και στις δύο πλευρές του (στις θέσεις m και m'), και το καλώδιο στην αριστερή πλευρά του αυτοκινήτου είναι θετικό. Ο δίσκος συνεχίζει να περιστρέφεται και τώρα τμήματα της επιφάνειάς του m και m 'φθάνουν στο παράθυρο F' που βρίσκεται στον ακίνητο δίσκο στα δεξιά.
Η επίδραση του rack με ένα αρνητικό φορτίο p που είναι εγκατεστημένο εδώ ενισχύεται από την επιφάνεια m', που σημαίνει ότι ένα θετικό φορτίο θα έλκεται από την κορυφογραμμή O' προς το δίσκο. Αντίστοιχα, τόσο το σύρμα C' όσο και η σφαίρα r' θα φορτιστούν αρνητικά. Η επιφάνεια m δέχεται ένα θετικό φορτίο που έλκεται από την κορυφογραμμή. Ο δίσκος συνεχίζει να περιστρέφεται και ο κύκλος επαναλαμβάνεται.
Οι ηλεκτροστατικές γεννήτριες θεωρούνται οι αρχαιότερες πηγές ηλεκτρικής τάσης: Πώς λειτουργούν και λειτουργούν οι ηλεκτροστατικές γεννήτριες