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Die Wimshurst Maschine - Kartonbausatz
Die Wimshurst Maschine - Kartonbausatz



Die Wimshurst Maschine - Kartonbausatz


938 563


Die Wimshurst Maschine - Kartonbausatz


Wimshurst-Maschinen, erfunden um 1880, waren lange Zeit die einzigen zuverlässigen Hochspannungsquellen, wie sie u.a. für Röntgenapparate benötigt wurden. Heute stehen sie, kunstvoll restauriert, in Museen wie dem Mathematisch-Physikalischen Salon im Dresdner Zwinger und manche eben in Schulsammlungen, wo sie wichtige Versuche über elektrische Ladungen ermöglichen. Elektrisiermaschinen ähnlicher Bauweise hielten schon vor 200 Jahren Einzug in die feinen Salons, wo sich die Gesellschaft mit Versuchen wie dem 'Elektrischen Kuß' amüsierte: Der Herr, der sich traute, der aufgeladenen Dame einen Kuß zu geben, bekam postwendend einen Schlag. Wir Heutigen bekommen hin und wieder solche 'Küsse', wenn wir im Sommer nach langer Fahrt aus dem Auto steigen. Trotz der bis zu 70.000 Volt ist auch eine ungewollte Berührung dieser Wimshurst-Maschine ungefährlich: Die Kapazität der beiden Leidener Flaschen, d.h. der Kondensatoren, ist so bemessen, daß die Stärke von Entladungen weit unter den behördlich festgesetzten Grenzen bleibt.


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Die Wimshurst-Maschine

James Wimshurst (1832 - 1903) war ein englischer Schiffsbauingenieur und Erfinder, der sich intensiv mit Elektrizität und ihrer Erzeugung befasste. Seine Influenzmaschinen, die er nach 1880 entwickelte, eröffneten erstmals die Möglichkeit, kontinuierliche Ströme mit sehr hoher Spannung zu erzeugen, wie sie z.B. für den Betrieb der ersten Röntgenapparate nötig waren.

Funktion der Wimshurst-Maschine: Die Wimshurst-Maschine ist ein hoch wirksamer Apparat, der aus mechanischer Energie (gegenläufige Drehung der beiden Lamellenscheiben über die Kurbel) statische Elektrizität erzeugt und speichert. Erzeugt wird die Spannung zwischen positiver und negativer Ladung durch Influenz (daher auch: Influenzmaschine), gespeichert wird sie in Leidener Flaschen (benannt nach der holländischen Stadt Leyden) und zum Ausgleich der Spannung kommt es durch Funkenschlag über die Kugelelektroden.

Elektrizität: Als Elektrizität bezeichnet man alle Erscheinungen, die mit ruhender oder bewegter elektrischer Ladung zu tun haben und die deshalb in die Gebiete der statischen Elektrizität und des elektrischen Stroms zusammengefasst werden. Die Phänomene sind seit dem Altertum bekannt, als der griechische Naturphilosoph Thales von Milet um 600 v.Chr. entdeckte, dass Bernstein kleine leichte Teilchen anziehen konnte, wenn man ihn mit einem Fell rieb. So gab dann auch das griechische Wort für Bernstein elektron dem ganzen Gebiet seinen Namen.

Die Elektrostatik beschreibt die Wirkung, die Stoffe mit unterschiedlicher oder gleicher elektrischer Ladung aufeinander haben. Dabei stoßen sich gleichnamige Ladungen (Plus / Plus oder Minus / Minus) ab, ungleichnamige (Plus / Minus) ziehen sich an. Kommt es zu einem Ausgleich unterschiedlicher Ladungen, z.B. durch die Verbindung mit einem elektrischen Leiter oder durch Funkenschlag, fließt Strom, und die Spannung zwischen den vorherigen Ladungsträgern fällt auf null. Im Alltag hat man es dabei oft mit zwar sehr hohen Spannungen von Tausenden Volt, jedoch sehr schwachen und damit ungefährlichen Stromstärken zu tun. Bekannt ist das Knistern von Kleidungsstücken aus synthetischen Fasern, die im Dunkel sogar kleine Blitze erzeugen können, oder der leichte elektrische Schlag, den man beim Verlassen eines Autos bekommen kann.

Kondensator (von lat. condensare „verdichten“): Kondensatoren bestehen aus zwei elektrisch leitenden, durch einen Isolator getrennten Flächen, den Kondensator-Elektroden, die entgegengesetzt aufgeladenen sind und zwischen denen deshalb eine Spannung besteht. Jede Lamelle einer Lamellenscheibe der Wimshurst-Maschine bildet mit der direkt gegenüber liegenden Lamelle der anderen Scheibe jeweils einen Kondensator. Leidener Flaschen sind auch Kondensatoren, die sogar hochspannungstauglich sind. Ursprünglich waren sie richtige Glasflaschen mit Metallbelegen auf der Innen- und der Außenseite, in diesem Bausatz bestehen sie aus gerollter PVC-Folie mit Innen- und Außenbelägen aus Alufolie. Ohne die Leidener Flaschen wären die gewünschten Funkenentladungen über die Kugel-Elektroden nicht möglich, weil sich keine ausreichende Ladung ansammeln könnte.

Influenz (von lat. influentia Einfluss): Eine Ladung auf einer Lamelle bewirkt durch Influenz auf der gegenüber liegenden Lamelle der anderen Scheibe eine gleiche Ladung mit entgegen gesetztem Vorzeichen. Werden die Lamellen durch eine Kraft auseinander bewegt, was bei der gegenläufigen Bewegung der Lamellenscheiben ja fortlaufend geschieht, erhöht sich sowohl die positive Ladung in der einen wie die negative Ladung in der anderen Lamelle.

Ausgleicher (oder Neutralisator): Das ist der Arm mit Kollektorbürsten an den Enden, der schräg vor einer Lamellenscheibe steht und nacheinander jede Lamelle mit derjenigen auf dem gegenüber liegenden Ende der Scheibe verbindet. Der Ausgleicher bewirkt, dass auf der Lamelle am einen Ende des Arms eine Ladung in genau gleicher Höhe entsteht wie auf der Lamelle am anderen Ende, nur mit umgekehrtem Vorzeichen. Auf den entgegen gesetzt drehenden Scheiben kommen dadurch in Höhe der Stromabnehmer Ladungen mit gleichem Vorzeichen an, die sich abstoßen und von den Bürsten der Stromabnehmer-Elektroden aufgenommen und in den Leidener Flaschen gespeichert werden können. - Jede Scheibe hat einen Ausgleicher, der jeweils von links oben nach rechts unten verläuft. Die Ausgleicher sind verstellbar: Stehen sie sehr steil, führt das zu höherer Ausgangsspannung bei geringerem Strom, stehen sie flacher, ist es umgekehrt.

Funkenschlag und Sprühentladungen: Hohe elektrische Spannungen, wie sie die Wimshurst-Maschine erzielt, neigen dazu, sich überall da, wo kleine und kleinste Spitzen und Ecken vorliegen, in die Umgebung zu entladen („Sprühentladung“), was man im Dunkeln als Leuchterscheinungen beobachten kann. Das ist auch der Grund, warum die Entladung der Leidener Flaschen über Kugel-Elektroden erfolgt: Hätten die Elektroden Spitzen statt Kugeln, käme es wegen der ständigen Sprühentladung nicht zu nennenswerten Funkenschlägen. Übrigens: Je höher die Luftfeuchtigkeit, umso eher kommt es zu Sprühentladungen, was das Funktionieren der Wimshurst-Maschine stark beeinträchtigen kann.


Daten
Kartonbausatz, Maße: 24 x 16 x 27 cm




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