De inductie-elektriseermachine van Wimshurst. Uit: De Natuur, Populair Geïllustreerd Maandschrift, gewijd aan de natuurkundige wetenschappen en hare toepassingen. 15 April 1889 - 9e jaargang

Sedert Volta in 1775 den elektrophoor uitvond en bekend maakte in den vorm. dien hij tot heden behouden heeft, hebben velen getracht een werktuig samen te stellen, dat op hetzelfde beginsel berustte, maar dat een aanhoudende werking had, in plaats van de telkens afgebrokene van den elektrophoor.    Eerst sedert het jaar 1865 zijn door Holtz, töppler en anderen goede, bruikbare oplossingen van dit vraagstuk geleverd met de samenstelling hunner sedert algemeen verspreide inductie-elektriseermachines. Moesten de oudere machines, als die van Holtz, door aanraking met of door den induceerenden invloed van een of ander geëlektriseerd lichaam in werking gezet worden, onder de latere, bijv. die van Voss, zijn er, die als de schijf gedraaid wordt, zichzelf aanzetten en dus zonder de tusschenkomst van een geëlektriseerd voorwerp in werking komen.

Fig. 1. De elektriseermachine van Wimshurst.

Een van de jongste machines van deze soort is die van James Wimshurst, hiernevens afgebeeld in fig. 1 en die om hare voortreffelijke eigenschappen de aandacht van belangstellenden bijzonder verdient. Zij onderscheidt zich van de machine van Voss vooral daardoor, dat zij twee beweegbare schijven heeft, die in tegengestelden zin draaien, waardoor elk in het bijzonder een zeer groote snelheid met betrekking tot de anndere verkrijgt.

De glazen schijven zijn evenwijdig met elkander, op een gemeenschappelijke vaste as, elk aan een afzonderlijk los houten schijfje, op korten afstand van elkander geplaatst. Zij ontvangen hare beweging elk door middel van een koord, dat over een groote houten schijf loopt. De as, waarop deze schijven bevestigd zijn, is van een kruk voorzien. Omdat de schijven in tegengestelden zin moeten draaien, is het eene koord gekruist. De afmetingen zijn zoo, dat elke schijf ongeveer vijf omwentelingen maakt, als de kruk tweemaal omgedraaid wordt.    Aan de van elkander afgekeerde of aan de buitenzijden zijn de schijven voorzien van op onderling gelijke afstanden, straalsgewijze geplaatste, kleine koperen belegsels of sectoren. Hun aantal bedraagt op elke schijf zestien. Zij staan dus twee aan twee diametraal tegen elkander over. Aan elk van de uiteinden der as, waarop de glazen schijven geplaatst zijn, is een metalen stang bevestigd, die eenigszins gebogen en aan beide uiteinden voorzien is van metalen borsteltjes, welke in aanraking komen met de koperen sector, die daar achtereenvolgens voorbijstrijken. Deze stangen zijn kruisgewijze geplaatst, zooals in de figuur te zien is. Links en rechts zijn op ebonietstaven, dus geïsoleerd, cilindervormige koperen inductors aangebracht, elk voorzien van twee dwarsstaven of kammen met spitsen, waartusschen door de schijven zich bewegen. Behalve van deze spitsen is elk van de vier kammen ook voorzien van twee metalen borsteltjes, welke evenals die van de dwarsstangen met de voorbijstrijkende sectoren in aanraking komen. Op de conductoren zijn twee koperen staven bevestigd, zoo gebogen dat hun eindknoppen boven de machine bij elkander komen. Deze staven zijn bevestigd door middel van om de cilindervormige conductoren draaibare ringen met handvatsels van eboniet, waardoor de afstand tusschen de knoppen naar welgevallen vergroot of verkleind kan worden.    De werking van deze machine is schitterend. Zelfs als zij in langen tijd niet gebruikt is, zijn onder niet al te ongunstige omstandigheden enkele omdraaiingen van de kruk voldoende om haar in volle werking te zetten, dat zich te kennen geeft door een eigenaardig suizend en knetterend geluid en door den reuk van ozon, dien men op korten afstand dan dadelijk in sterke mate waarneemt. Tusschen de beide knoppen van de conductors springt een voortdurende stroom van vonken over, dan meer, dan minder helder en dikwijls fraai vertakt, de zoogenaamde donkere of pluimontladingen, die natuurlijk in het donker het best waar te nemen is. De beide conductors of polen der machine zijn daarbij tegengesteld geëlektriseerd en wisselen den zin hunner lading niet, zoo lang de werking duurt. Verbindt men een van de beide polen met een elektroskoop, dan kan men daaraan het begin van de werking bespeuren en waarnemen in hoe korten tijd deze tot haar maximum stijgt. Naarmate men den afstand tusschen de knoppen grooter maakt, neemt de spanning of de potentiaal van den elektroskoop toe en deze bereikt zijn grootste waarde, als de andere pool geleidend met den grond verbonden wordt. Worden de beide polen geleidend met elkander verbonden, bijv. door de conductorknoppen met elkander in aanraking te brengen, dan houdt terstond alle werking op.    Indien men elken conductor met het binnenbekleedsel van een Leidsche flesch verbindt, wier buitenbekleedsels met elkander in geleidende verbinding staan, dan verandert onmiddellijk het karakter der vonken, die intusschen de knoppen overspringen. Men verkrijgt dan met korte tusschenpoozen sterk lichtende, luid knallende ontladingsvonken. Naarmate nu de knoppen langzamerhand verder van elkander verwijderd worden, vermindert het aantal vonken, maar zij worden krachtiger en bereiken eindelijk een aanzienlijke slagwijdte. Het schijnen dan meest enkelvoudige, soms meervoudige zigzagvormige vuurstralen, wier luide knal aan forsche zweepslagen doet denken; het zijn bliksemstralen in miniatuur. Met een machine, waarvan de schijven 42 cM. middellijn hebben, werden vonken van 10 cM. slagwijdte verkregen en volgens den uitvinder kunnen de vonken, als alles goed gesteld is en de omstandigheden gunstig zijn, zelfs nagenoeg de lengte van den straal der glasschijven bereiken.    De machine levert een buitengewoon groote hoeveelheid elektriciteit van zeer hooge spanning. Bij gelijke grootte der schijven is haar werking ingeveer 3,5 maal sterker dan die van Voss. Het potentiaal verschil der polen kan stijgen tot 50,000 volts.    Omdat er gedurende de werking geen poolwisseling optreedt, zooals bij de Holtz-machines menigmaal gebeurt, is de Wimshurst-machine zeer geschikt om batterijen van Leidsche flesschen te laden, waartoe de eene pool met het binnenbekleedsel van de batterij en de andere met den grond of met het buitenbekleedsel verbonden wordt.

Om zich eenig denkbeeld te vormen van de werking der machine diene de schematische voorstelling in fig. 2. De cirkel stelt de beide elkaar voor het oog bedekkende glazen schijven voor. De dwarsstangen worden aangeduid door AC en BD, waarvan AC de voorste en BD de achterste is. De teekens binnen den cirkel hebben betrekking op de voorste, die buiten den cirkel op de achterste schijf. De pijltjes wijzen aan in welken zin de schijven draaien. De conductors met hunne kammen worden aangegeven door P en Q.

Fig. 2. Schetsteekening ter verklaring van de werking der elektriseermachine van Wimshurst.

Stellen we ons voor, dat dicht bij de achterste schijf tegenover het punt A een negatief geëlektriseerde ebonietplaat wordt gehouden. Het gevolg hirevan is, dat de dwarsstang in A een positieve, in C een negatieve lading verkrijgt en dat de in A en C voorbijgaande sectoren van de voorste schijf, omdat zij met de in A en C aanwezige metaalborsteltjes in aanraking komen, respectievelijk geladen worde met positieve en met negatieve elektriciteit. Zoodra deze sectoren achtereenvolgens voor B en D aankomen, tegenover de uiteinden van de dwarsstang BD, oefenen zij op deze dezelfde werking uit, die de ebonietplaat op de stang AC uitoefent. In B worden derhalve de sectoren van de achterste plaat met negatieve en in D met positieve elektriciteit geladen. Als deze op hun beurt in A en C aankomen, ondersteunen en versterken zij de induceerende werking der ebonietplaat, waardoor nu de sectoren der voorste plaat een sterker lading ontvangen. Door deze sterkere lading oefenen zij in B en D weder een sterker werking uit en verhoogen zij de lading van de sectoren op de achterste plaat. Door deze wisselwerking bereikt de lading der sectoren spoedig een maximum, dat vooral van de isoleering en van de gesteldheid der lucht afhankelijk is.    De met positieve elektriciteit geladen sectoren der beide schijven bewegen zich naar den conductor P, die met negatieve elektriciteit naar den conductor Q. Door de werking der spitsen, waar zij op zeer korten afstand voorbijgaan, worden zij hier ontladen, terwijl de conductors een steeds strker lading ontvangen, P van positieve en Q van negatieve elektriciteit, totdat hier winst en verlies tegen elkander opwegen.    Bij deze beschouwing is ondersteld, dat de machine in werking gezet wordt door de negatief geëlektriseerde ebonietplaat. In den regel is echter de aanwending van een dergelijk middel onnoodig en komt de machine zonder dit hulpmiddel in werking, zoodra zij in beweging gezet wordt. Dit is dan vooral het geval, als zij kort te voren nog in werking geweest is. Het is dan waarschijnlijk toe te schrijven aan een gering verschil in den elektrischen toestand der sectoren. Maar ook als zij geruimen tijd stilgestaan heeft, komt zij zeer dikwijls zonder aanwending van een elektrisch lichaam in werking, al heeft men zelfs vooraf achtereenvolgens al de sectoren, de dwarsstangen en de conductors geleidend met de aarde verbonden. In dat geval is dan de oorzaak van het beginnen der werking te zoeken in verschillen in den elektrischen toestand van de glazen schijven en in de wrijving van de borsteltjes daartegen en tege de sectoren. De wrijving der borsteltjes tegen de schijven en tegen de sectoren schijnt zelfs de voornaamste aanleiding te zijn tot het in werking komen van de machine. Als al de borsteltjes, in het geheel twaalf, zoo ver teruggetrokken zijn, dat zij de schijven en de sectoren niet meer raken, komt zij zonder de medewerking van een geëlektriseerd lichaam niet in werking en telkens, als zij eenige oogenblikken stil gestaan heeft, is die medewerking op nieuw noodig. Zijn alleen de borsteltjes aan de kammen teruggetokken en de vier borsteltjes aan de uiteinden der dwarsstangen in aanraking, dan schijnt het ook niet te gelukken de machine, als zij een of twee dagen in rust is geweest, zonder tusschenkomst van een geëlektriseerd voorwerp aan den gang te krijgen, terwijl het onder deze omstandigheden zeer goed gelukt, als zij kort te voren nog gewerkt en slechts enkele minuten in rust heeft verkeerd. Uit dit een en ander blijkt, dat de borsteltjes aan de kammen voor het zichzelf aanzetten niet zonder beteekenis zijn.    De Wimshurst-machine kan in algemeenen zin tot de dynamo's gerekend worden. Bij haar toch wordt ook mechanisch arbeidsvermogen omgezet in elektriciteit. Denken we ons de bewegende schijven in neutralen en in elektrischen toestand. In het laatste geval is het duidelijk, dat de tegenover elkander gelegen en tegengesteld geëlektriseerde gedeelten der schijven elkander aantrekken en daardoor elkanders beweging belemmeren. Om de snelheid der beweging in dit geval te onderhouden, moet er dus meer arbeid verricht worden, dan wanneer de schijven in neutralen toestand zijn. Deze meerdere arbeid wordt in de voortgebrachte elektriciteit grootendeels teruggevonden.    Uit al het voorgaande blijkt, dat tot de voortreffelijke eigenschappen dezer machine behooren hare eenvoudige samenstelling, hare groote mate van onafhankelijkheid van atmosferische toestanden, hare krachtige werking en hare standvastige polariteit. Dientengevolge is zij voor allerlei proeven steeds beschikbaar en levert zij weinig teleurstelling op, zoodat zij een uitstekend hulpmiddel bij het onderwijs is.    Ook is zij zeer geschikt andere inductie-machines te vervangen, waar deze, zooals in den laatsten tijd geschiedt, in loodwitfabrieken en dergelijke, toepassing vinden om de lucht van het voor de gezondheid der arbeiders zoo nadeelige stof te ontdoen.    Bovendien heeft de ontwikkeling van ozon reeds toepassing gevonden om in verbinding met een ventilator de lucht te ververschen en te verfrisshcen in schouwburgzalen, vergaderlokalen, enz. De vernielende werking van ozon toch op organische stoffen en organismen in de lucht is veel sterker dan die van gewone zuurstof. Eindelijk verdient de op deze wijze geozoniseerde lucht stellig ook de aandacht voor sommige industriëele doeleinden. In Amerika moet reeds een groote bleekerij zich in haar bedrijf van dergelijke toestellen bedienen.

A. Pelt.

webdesign & copyright © 2001-2005 Eveline

↑