विम्सहर्स्ट मशीन

Wimshurst machine

Wimshurst machine with two Leyden jars
Type	electrostatic generator
Inventor	James Wimshurst
Inception	c. 1880

An engineering drawing of a Wimshurst machine, from Hawkins Electrical Guide

Wimshurst machine in operation

Quadruple sector-less Wimshurst machine

The Wimshurst machine or Wimshurst influence machine is an electrostatic generator, a machine for generating high voltages developed between 1880 and 1883 by British inventor James Wimshurst (1832–1903).

इसकी विशिष्ट उपस्थिति है जिसमें दो बड़े विपरीत-घूर्णन डिस्क ऊर्ध्वाधर विमान में लगे होते हैं, धातु के ब्रश के साथ दो विपरीतांग बार और दो धातु के गोले द्वारा गठित चिंगारी का अंतर होता है।

विवरण

ये मशीनें इलेक्ट्रोस्टैटिक जनित्र के वर्ग से संबंधित हैं जिन्हें प्रभाव मशीन कहा जाता है, जो इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रेरण या प्रभाव के माध्यम से विद्युत आवेशों को अलग करते हैं, उनके संचालन के लिए घर्षण पर निर्भर नहीं करते हैं। इस वर्ग की पहले की मशीनें विल्हेम होल्ट्ज़ (1865 और 1867), अगस्त टॉपलर (1865), जे. रॉबर्ट वॉस (1880), और अन्य द्वारा विकसित की गई थीं। पुरानी मशीनें कम कुशल हैं और अपनी ध्रुवीयता को बदलने के लिए अप्रत्याशित प्रवृत्ति प्रदर्शित करती हैं, जबकि विम्सहर्स्ट मशीन में कोई दोष नहीं है।

विम्सहर्स्ट मशीन में दो रोधित डिस्क और उनके धातु क्षेत्र विपरीतांग धातु तटस्थ बार और उनके ब्रश से निकलते हुए विपरीत दिशाओं में घूमते हैं। प्रत्येक डिस्क की सतहों के पास स्थित बिंदुओं के साथ दो जोड़े धातु के कंघों द्वारा आवेशों का असंतुलन प्रेरित, प्रवर्धित और एकत्र किया जाता है। ये संग्रहकर्त्ता इन्सुलेट समर्थन पर लगे होते हैं और आउटपुट टर्मिनल से जुड़े होते हैं। सकारात्मक प्रतिक्रिया संचयी आवेशों को तेजी से बढ़ाती है जब तक कि हवा के ढांकता हुआ व्यवधान वोल्टेज तक नहीं पहुंच जाता है और बिजली की चिंगारी अंतराल में कूद जाती है।

मशीन सैद्धांतिक रूप से स्व-प्रारंभिक नहीं है, जिसका अर्थ है कि यदि डिस्क पर किसी भी क्षेत्र में कोई विद्युत प्रभार नहीं है, तो अन्य क्षेत्रों पर शुल्क लगाने के लिए कुछ भी नहीं है। व्यवहार में किसी भी क्षेत्र पर छोटा सा अवशिष्ट आवेश भी डिस्क के घूमने के बाद प्रक्रिया प्रारंभ करने के लिए पर्याप्त होता है। मशीन शुष्क वातावरण में ही संतोषजनक ढंग से काम करेगी। विद्युत क्षेत्र के विरुद्ध डिस्क को चालू करने के लिए यांत्रिक शक्ति (भौतिकी) की आवश्यकता होती है और यह ऊर्जा है कि मशीन चिंगारी की विद्युत शक्ति में परिवर्तित हो जाती है। विम्सहर्स्ट मशीन का स्थिर-स्थिति आउटपुट प्रत्यक्ष गैर-वैकल्पिक वर्तमान बिजली है जो धातु क्षेत्र, आवर्तन की गति और प्रारंभिक प्रभार वितरण के जटिल कार्य द्वारा कवर किए गए क्षेत्र के समानुपाती होता है। मशीन का इन्सुलेशन और आकार अधिकतम आउटपुट वोल्टेज निर्धारित करता है जिसे पहुँचा जा सकता है। संचित चिंगारी ऊर्जा को लेडेन जार की जोड़ी जोड़कर बढ़ाया जा सकता है, उच्च वोल्टेज के लिए उपयुक्त प्रारंभिक प्रकार का संधारित्र , जार की आंतरिक प्लेटें स्वतंत्र रूप से प्रत्येक आउटपुट टर्मिनल से जुड़ी होती हैं और जार की बाहरी प्लेटें आपस में जुड़ी होती हैं। विशिष्ट विम्सहर्स्ट मशीन चिंगारी उत्पन्न कर सकती है जो लंबाई में डिस्क के व्यास का लगभग तिहाई और कई दसियों माइक्रोएम्पीयर हैं।

उपलब्ध वोल्टेज गेन को इस बात से समझा जा सकता है कि तटस्थ बार के बीच, विपरीत प्रभार वाले क्षेत्रों पर प्रभार घनत्व, क्षेत्रों में लगभग समान है और इस प्रकार कम वोल्टेज पर, जबकि समान प्रभार वाले क्षेत्रों पर प्रभार घनत्व, संग्रहकर्त्ता कंघी तक पहुँचता है। विपरीत संग्राहक कंघियों के सापेक्ष उच्च वोल्टेज पर क्षेत्र किनारों के पास की चोटियाँ।

19वीं शताब्दी के पर्यन्त भौतिकी अनुसंधान में विम्सहर्स्ट मशीनों का उपयोग किया गया था। 20वीं शताब्दी के पहले दो दशकों के पर्यन्त पहली पीढ़ी के क्रूक्स एक्स-रे ट्यूब को बिजली देने के लिए उन्हें कभी-कभी उच्च वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए भी उपयोग किया जाता था, चूंकि इलेक्ट्रोस्टैटिक जनित्र होल्ट्ज़ मशीन और प्रेरण कुंडल अधिक सामान्य रूप से उपयोग किए जाते थे। आज वे इलेक्ट्रोस्टैटिक्स के सिद्धांतों को प्रदर्शित करने के लिए केवल विज्ञान संग्रहालयों और शिक्षा में उपयोग किए जाते हैं।

कार्यवाही

दो विपरीत-घूर्णन इंसुलेटिंग डिस्क्स सामान्यतः कांच से बनी होती हैं, इसमें कई धातु क्षेत्र लगे होते हैं। मशीन को चार छोटे ब्रश मशीन के प्रत्येक तरफ दो दूसरे से 90 डिग्री पर संचालन शाफ्ट पर, साथ ही प्रभार-संग्रह कंघों की जोड़ी के साथ प्रदान किया जाता है। संचालन शाफ्ट, जो विशिष्ट विम्सहर्स्ट मशीन पर ब्रश को पकड़ते हैं, एक्स के आकार का निर्माण करेंगे, यदि कोई इंसुलेटिंग डिस्क के माध्यम से देख सकता है, क्योंकि वे एक दूसरे के लंबवत हैं। प्रभार-संग्रह कंघी सामान्यतः क्षैतिज के साथ लगाए जाते हैं और सामने और पीछे दोनों डिस्क के बाहरी किनारों से समान रूप से संपर्क करते हैं। प्रत्येक तरफ संग्रह कंघी सामान्यतः संबंधित लेडेन जार से जुड़ी होती हैं।

एनिमेशन

प्रभारिंग प्रक्रिया प्रारंभ करने के लिए दोनों में से किसी भी डिस्क पर कोई भी छोटा प्रभार पर्याप्त है। मान लीजिए कि पिछली डिस्क में छोटा, शुद्ध इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रभार है। संक्षिप्तता के लिए, मान लें कि यह आवेश धनात्मक (लाल) है और पिछली डिस्क [A] निचली श्रृंखला वामावर्त दाएँ से बाएँ घूमती है। चूंकि आवेशित क्षेत्र चलता हुआ लाल वर्ग ब्रश की स्थिति में घूमता है। [Y] नीचे तीर टिप सामने की डिस्क के बगल में [B] केंद्र के पास ऊपरी श्रृंखला है। यह संचालन शाफ्ट पर आवेश के ध्रुवीकरण को प्रेरित करता है, [Y] Y-Y1] ऊपरी क्षैतिज काली रेखा ब्रश को पकड़े हुए, ऋणात्मक हरा आवेश को निकट की ओर आकर्षित करता है। [Y] ऊपरी वर्ग हरा होता जा रहा है, जिससे धनात्मक (लाल) आवेश दूर की ओर डिस्क के पार जमा हो जाए, 180 डिग्री दूर [Y1] ऊपरी वर्ग लाल होता जा रहा है। शाफ्ट के ध्रुवीकृत आवेश डिस्क B पर निकटतम क्षेत्रों से जुड़ते हैं, जिसके परिणामस्वरूप B [Y] पर ऋणात्मक आवेश A पर मूल धनात्मक आवेश के समीप होता है और B [Y1] के विपरीत दिशा में धनात्मक आवेश होता है। अतिरिक्त 45° घूर्णन [Z] निचली श्रृंखला मध्य के पास) के बाद, A निचली श्रृंखला पर धनात्मक लाल आवेश निकट आने वाले B [Z] ऊपरी श्रृंखला पर धनात्मक लाल आवेश द्वारा प्रतिकर्षित होता है। पहली संग्रह कंघी [Z] त्रिभुजों के लिए तीर-टिप वाली रेखाएं) दोनों धनात्मक लाल आवेशों को क्षेत्रों को तटस्थ वर्ग काले होते जा रहे हैं छोड़ने की अनुमति देता है और लेडेन जार एनोड लाल त्रिकोण में जमा होता है जो लेडेन जार की ओर आकर्षित होता है। कैथोड हरा त्रिकोण जब चिंगारी पीला टेढ़ा-मेढ़ा लेडेन जार लाल और हरे रंग के त्रिकोण को छोड़ता है, तब प्रभार डिस्क के आर-पार चक्र को पूरा करता है।

जैसे ही B 90° दक्षिणावर्त (बाएं से दाएं) घूमता है, उस पर लगाए गए प्रभार डिस्क A [X, X1] के बगल में ब्रश के साथ पंक्तिबद्ध हो जाते हैं। बी पर आरोप ए-ब्रश शाफ्ट के विपरीत ध्रुवीकरण को प्रेरित करते हैं, और शाफ्ट के ध्रुवीकरण को इसकी डिस्क में स्थानांतरित कर दिया जाता है। डिस्क B घूमती रहती है और इसके आवेश निकटतम आवेश-संग्रह कंघों द्वारा संचित हो जाते हैं।

डिस्क A 90° घुमाती है जिससे इसके प्रभार डिस्क B [Y, Y1] के ब्रश के साथ पंक्तिबद्ध हो जाएं, जहां विपरीत आवेश-ध्रुवीकरण B संचालन शाफ्ट और B के निकटतम क्षेत्रों पर प्रेरित होता है, ऊपर दिए गए दो पैराग्राफ के विवरण के समान हैं।

प्रक्रिया दोहराती है, A पर प्रत्येक आवेश ध्रुवीकरण के साथ B पर ध्रुवीकरण उत्प्रेरण, A पर ध्रुवीकरण उत्प्रेरण, आदि। पड़ोसी आकर्षक क्षेत्रों का प्रभाव घातीय रूप से बड़े आवेशों को प्रेरित करता है, जब तक कि संचालन शाफ्ट की परिमित धारिता द्वारा संतुलित नहीं किया जाता है। इन सभी प्रेरित धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों को लेडेन जार, कैपेसिटर के समान विद्युत आवेश-भंडारण उपकरणों को प्रभार करने के लिए कंघी द्वारा एकत्र किया जाता है। आसन्न क्षेत्रों पर विरोधी आवेशों को अलग करने के लिए आवश्यक यांत्रिक ऊर्जा विद्युत उत्पादन के लिए ऊर्जा स्रोत प्रदान करती है।

यह भी देखें

• केल्विन पानी बूँद
• पेलेट्रॉन
• वान डी ग्राफ जनरेटर
• टेस्ला कॉइल

संदर्भ

• "History of Electrostatic Generators". Hans-Peter Mathematick Technick Algorithmick Linguistick Omnium Gatherum.
• de Queiroz, Antonio Carlos M., "The विम्सहर्स्ट Electrostatic Machine"
• Weisstein, Eric W., "विम्सहर्स्ट Machine".
• Bossert, François, "विम्सहर्स्ट machine". Lycée Louis Couffignal, Strasbourg. (English version)
• Charrier Jacques "La machine de Wimshurst". Faculté des Sciences de Nantes.

बाहरी संबंध

• The विम्सहर्स्ट Machine Website: Photos and Video Clips of a विम्सहर्स्ट Machine
• MIT video demonstration and explanation of a विम्सहर्स्ट machine (MIT TechTV physics demo)