←Vissza

Tanszer . . .

Elektrosztatikai gépek az elektromos alapjelenségek szemléltetéséhez


A fizika tantervek és tankönyvek izgalmas fejezete az elektrosztatika. Alapfogalmainak, pl. elektromos állapot, töltés, megosztás, vezető, szigetelő, térerősség, feszültség, potenciál, csúcshatás, kisülés, kapacitás stb., szemléltetésére ma is a több száz éve felfedezett elektrosztatikai gépek utódait használjuk. A nagy feszültséget, de kis áramerősséget létrehozó elektrosztatikai gépek – a dörzselektromos, a megosztó- vagy influenciagépek, és a Van de Graaf generátor – alapvetően a kétféle elektromos töltés szétválasztására és akkumulálására szolgálnak.




Otto von Guericke

A kénlabdás alapkísérlet

Winter-féle gép – Sárospatak


Az első elektrosztatikai gépet, amely egy fakeretben forgatott, kénnel preparált üveglabda feltöltésén alapult, a magdeburgi Guericke készítette 1672-ben, akinek talán ismertebb a légnyomás hatását demonstráló kísérlete. Winter 1800-as dörzselektromos gépében a forgó üvegkorong foncsorozott bőrpárnákhoz dörzsölődik, a korong pozitív töltését fémcsúcsok szívják le, ezt vezetik az egyik konduktorra. A bőrpárnák negatív töltése a párnákkal összekötött másik konduktoron halmozódik fel. A konduktor látványosan kisüthető, számos demonstrációs készüléket ma már múzeumban őriznek.


Leideni palack – OPKM

Van Marum óriásgépe a Teylers Múzeumban – 1784

Dörzselektromos gép


A legegyszerűbb szerkezetű influenciagép, az elektrofor, Volta nevéhez kötődik (1770): „Fémtányérba öntött gyantalepényből és egy szigetelőnyéllel ellátott korong alakú fémfedőből áll. A lepény rókafarkkal dörzsölve negatív töltést nyer, amely megosztólag hat a fémfedőre. Ha a negatív töltését elvezetjük, leemelés után pozitív töltést tartalmaz. Így az eredeti töltés sokszorosát nyerhetjük.”

A demonstrációs kísérletekhez máig használt influenciagép fő része két, egymással ellentétes irányban forgatható ebonit korong, amelyeknek a külső oldalára nagyobb számú sztaniol szektor van ragasztva. A korongok sztaniol szektoraihoz egy-egy fémrúddal összekötött fémecset dörzsölődik. A fémcsúcsokkal ellátott szívószerkezetek konduktorban vagy elektródban végződnek. Forgatáskor csakhamar nagymennyiségű pozitív illetve negatív töltést halmoznak fel. Ha a megosztógép konduktoraihoz egy-egy leideni palack (Kleist, ~1740, Cunnaeus, ~1741) kapcsolódik, az egymástól néhány centiméterre elhelyezkedő elektródok közt átütő szikrák ritkábbak, de erősebbek lesznek.


. . . Múzeum

Elektrosztatikai gépek az elektromos alapjelenségek szemléltetéséhez


Az influenciagép kifejlesztői Holtz (1865) és Töpler (1866), legismertebb továbbfejlesztője Wimshurst (1883), akinek készülékét szinte változtatás nélkül használjuk ma is, szemléltetésre.


Konduktor leideni palackkal

Holtz-féle influenciagép

Wimshurst gép


A Wimshurst készülék és a szikrainduktor (Ruhmkorff, 1857) a hazai taneszköz-gyártók, forgalmazók kínálatában és a természettudományos tanszerjegyzékekben a múlt század kezdetétől napjainkig megtalálható, és iskoláink fizika szertárainak és a múzeumoknak is attraktív tárgya.


Wimshurst gép az Egri Dobó István Gimnázium szertárából

Ruhmkorff szikrainduktor a Győri Bencés Gimnázium kiállításán

Az Országos Pedagógiai Könyvtár és Múzeum influenciagépe


A főként demonstrációs célokat szolgáló elektrosztatikus gépek tökéletesítése napjainkban is folyik. Dr. Antonio Carlos Moreirão de Queiroz villamosmérnök, a Rio de Janeiro-i Szövetségi Egyetem Elektronikai és Számítógéptudományi Tanszékének tudománytörténész docense, 1973 óta több Wimshurst készüléket konstruált. Kutatásainak eredményeit az Interneten teszi közzé, honlapja impozáns áttekintést ad az elektrosztatikai gépek múltjáról és jelenéről.


Antonio C. M. de Queiroz gépe – 2001

Magyar Wimshurst készülék – 2004

Bipoláris Van de Graaf generátor – 1996

Magyar Van de Graaf generátor – 2004


Az Interneten a http://www.coe.ufrj.br/~acmq/electrostatic.html című honlapon, az „Electrostatic machines – Patents” címet viselő lista naprakész adatai szerint, 1902 és 1935 között 34 elektrosztatikus gépet szabadalmaztattak. A legutolsó bejegyzés szerinti szabadalom: „[US-1991236] R. J. Van de Graaff, "Electrostatic Generator", 12 February 1935”. A Van de Graaf szalaggenerátor nemcsak kedvelt demonstrációs eszköz, hanem több millió volt feszültség előállítására alkalmas, az atommagfizikában használatos részecskegyorsító generátor.

Nádasi András