Goltzův elektroforetický stroj

Historické období nejaktivnějšího experimentálního výzkumu v oblasti elektrických jevů je spojeno s výskytem prvního elektrostatické stroje, jehož působení umožnilo získat elektrickou energii díky výkonu mechanické práce.

Mechanická práce spočívala v otáčení určitých částí stroje, při kterém byly překonány síly přitažlivosti (opačné) a odpudivé (stejnojmenného) elektrického náboje, které byly přítomny na elektrifikovaných prvcích stroje.

Experimenty s takovými stroji přispěly k lepšímu pochopení tehdejších výzkumníků samotné podstaty elektřiny a principů elektrických interakcí.

Vytvoření prvního elektrostatického třecího stroje historikové připisují německému vědci Otto von Gerike, který v roce 1650 poprvé vytvořil takové zařízení. Jednalo se o stroj, jehož práce byla založena na tehdy již známém jevu elektrifikace těles třením. Třecí stroje však mají významnou nevýhodu — jejich provoz vyžaduje použití velkých mechanických sil.

Na rozdíl od později vytvořených třecích strojů elektroforické (indukční) stroje byly zbaveny této nevýhody, protože k získání elektrické energie nepotřebovaly přímý kontakt elektrifikovaných částí s induktorem (s částí, která způsobila elektrifikaci).

Takže první elektroforický stroj, tedy elektrostatický stroj, který nevyžaduje vzájemné tření svých částí k získání elektrifikace, sestrojil v roce 1865 německý fyzik. August Tepler… Vynálezce byl toho názoru, že právě elektroforetické stroje umožní účinnou výrobu elektřiny přeměnou mechanické energie.

V té době německý fyzik Wilhelm Goltz (německy Holtz), nezávisle na Toeplerovi, navrhl jednodušší a účinnější elektroforetický stroj, který produkoval velký potenciálový rozdíl a mohl dokonce sloužit jako zdroj stejnosměrného proudu pro osvětlení. Goltzovy stroje se staly prvními elektroforetickými stroji, které se objevily ve třídách vzdělávacích institucí.

Hlavní části stroje Goltz — dva skleněné kotouče a kovové hřebeny určené k odstranění nálože. Jeden z kotoučů je nehybný a druhý se může otáčet. Disky jsou namontovány na společné ose. V jednom z muzejních exponátů má stacionární kotouč průměr 100 cm, zatímco rotační kotouč 94 cm.

Stacionární disk spočívá na ebonitové desce a ve svislé poloze je podepřen ebonitovými kruhy na izolačních podstavcích. Na pevném disku jsou vyříznuta okna, na jejichž zadní straně jsou nalepeny neúplné papírové sektory zvané rámečky.

Rámečky jsou zakončeny papírovými jazýčky, jejichž přední špičaté okraje směřují k pohyblivému disku a jsou mírně zakřivené.Disky, rámy a jazyky jsou potaženy gumilacem (pryskyřičná hmota).

Mosazné hřebeny jsou namontovány podél vodorovného průměru pohyblivého disku vpředu na každé z jeho stran. Tyto hřebeny jsou spojeny s odpovídajícími mosaznými dráty, na jejichž koncích jsou vodivé kuličky, kterými procházejí mosazné tyče, zakončené na vnitřní straně kuličkami, s dřevěnými (izolačními) držadly na vnější straně. Hůlky lze pohybovat pohybem kuliček od sebe nebo přiblížení.

Leydenské sklenice (s vnitřními deskami) lze připojit k vodičům, jejichž vnější desky jsou navzájem spojeny drátem. Dva mosazné sloupky v přední části stroje slouží k připojení vodičů; koule lze o tyto sloupky opřít pouhým nakloněním drátů.

Přední kotouč je nastaven tak, aby se otáčel pomocí řemenového pohonu a soustavy válečků spojených s rukojetí, kterou experimentátor ovládá tento mechanismus. Před zahájením práce se strojem je však nutné elektrifikovat papírové sektory (rámečky) opačnými náboji (označíme je p + a p-).

Tyto rámy, které jsou nabité v důsledku jevu elektrostatické indukce, budou působit na rotující kotouč a kotouč bude zase působit na hřebeny O a O'.

Jak se disk otáčí, rám (v okně F) s nábojem p + způsobí (indukuje) záporný náboj na zadní straně rotujícího disku m a náboj stejného znaménka bude přitahován k hřebenu O, opět kvůli k jevu elektrostatické indukce. Část disku m' dostane záporný náboj z hřebenu O a hřeben O samotný, spolu se svým vodičem C a kuličkou r, bude proto nabit kladně.

Disk je tedy elektrifikován záporně na obou stranách (v místech m a m') a vodič na levé straně vozu je kladný. Disk pokračuje v rotaci a nyní části jeho povrchu ma 'dosahují okénka F' umístěného na nehybném disku vpravo.

Vliv zde instalovaného stojanu se záporným nábojem p je zesílen povrchem m', což znamená, že kladný náboj bude přitahován z hřebene O' k disku. V souladu s tím budou jak drát C', tak kulička r' záporně nabité. Povrch m přijímá kladný náboj přitahovaný hřebenem. Disk se dále točí a cyklus se opakuje.

Elektrostatické generátory jsou považovány za nejstarší zdroje elektrického napětí: Jak fungují a fungují elektrostatické generátory