Benutzer:RobertKuhlmann/BaustelleInfluenzmaschine
Influenzmaschinen sind elektrostatische Generatoren, die zur Spannungserzeugung das Prinzip der Trennung elektrischer Ladungen durch Influenz nutzen. Der schwedische Physiker Johan Carl Wilcke beschrieb 1762 erstmals den so genannten Elektrophor. Alessandro Volta entwickelte ihn 1775 weiter, sodass er für Experimente besser genutzt werden konnte. Der Elektrophor wird oft als erste Influenzmaschine bezeichnet, obwohl er keine kontinuierliche Spannungserzeugung erlaubte. Im Jahre 1865 mechanisiert Wilhelm Holtz die Funktionsweise des Elektrophors und baute die erste Influenzmaschine, die kontinuierlich Gleichspannung erzeugte.
Funktionsweise
Frühe Modelle von Influenzmaschinen benötigten vor der Inbetriebnahme eine elektrostatische Aufladung der Induktoren. Verbesserte Influenzmaschinen arbeiten ach einem selbst verstärkenden Prinzip, das in Abbildung zwei schematisch abgebildet ist. Solche Maschinen kommen ohne anfänglich Aufladung aus, das zwischen den beiden Induktoren immer eine zumindest geringfügig unterschiedliche elektrische Ladung besteht, die im Betrieb immer weiter verstärkt wird.
Die Funktionsweise einer Influenzmaschine ist die wiederholte Trennung elktrischer Ladungen durch Influenz und Ableitung der getrennten Ladung in einem andauernden Kreisprozess. Abbildung 2 veranschaulicht das zugrunde liegende Funktionsprinzip. Im ersten Schritt werden die Ladungen auf einem elektrisch leitenden Plättchen durch die elektrostatische Ladung eines Induktors aufgeteilt und verschoben. Danach wird in Schritt 2 auf einer Seite der dort jetzt vorhandene Überschuss an Ladungsträgern abgenommen und zum Induktor gleicher Polarität geleitet. Durch die Ableitung der überschüssigen Ladung einer Seite bleibt das leitende Plättchen geladen zurück (in der Abbildung Schritt III). Im nächsten Schritt findet durch Kontakt zur Erdung die Neutralisierung des Metallplättchens statt, indem das Ungleichgewicht an elektrischen Ladungen wieder ausgeglichen wird. Jetzt kann der Prozess wieder von vorne beginnen.
In der Abbildung 2 wird zusätzlich gezeigt, dass sowohl der Überschuss negativer, als auch positiver Ladungen genutzt werden kann. Die Abbildung zeigt keine reale Maschine, sondern soll nur das Funktionsprinzip veranschaulichen. Deshalb wurde auf die Abbildung der Speicherung überschüssiger Ladungen in Kondensatoren oder eine Zuleitung zu Experimenten verzichtet. In der Praxis bestimmen Materialien, Verwendung der erzeugten Hochpsannung und die Abschirmung gegen Funkenüberschläge den konkreten Aufbau der Influenzmaschinen.
Die Bewegung von positiven und negativen Ladungen ist in der Abbildung nur zur Veranschaulichung gewählt. Physikalisch werden Elektronen bewegt und die Pluszeichen in der Abbildung repräsentieren Elektronenmangel.
Entwicklung und Anwendung
Gegen Ende des 19. Jahrhunderts lieferten Influenzmaschinen dauerhaftere und gleichmäßigere Hochspannung, als die zuvor verwendeten Elektrisiermaschinen, die Reibungselektrizität nutzten. Der Erfinder James Wimshurst konstruierte Ende des 19. Jahrhunderts Influenzmaschinen mit mehreren parallel auf einer Achse angebrachten Scheiben, die unter anderem zur Stromversorgung von Röntgenstrahl-Röhren eingesetzt wurden.
Modernster Vertreter der Influenzmaschine sind die heute in Teilchenbeschleunigern zum Einsatz kommenden Pelletrons. Sie gleichen in ihrem Aufbau eher einem Bandgenerator, arbeiten jedoch nach dem Prinzip der Influenz. Pelletrons können Spannungen bis zu 32 Millionen Volt erzeugen.
Eine ganz eigene Form der Nutzung von Influenz hat Lord Kelvin mit seinem Kelvin-Generator gefunden. In diesem so genannten Wassertropfengenerator wird die Influenzierung von Wassertropfen zur Trennung elektrischer Ladungen eingesetzt, wodurch Spannungen von bis zu 4.000 Volt erzeugt werden können.
Literatur
- Wilhelm Holtz: „Annalen der Physik und Chemie“, Band 130, Poggendorf, 1865, Leibzig, S. 128ff, S. 157ff
Weblinks
- Nachbauten und Übersicht über viele Varianten (engl.)
- Influenzmaschine von Wimshurst (dt.)
- Nachbau der ersten Bohnenberger-Maschine (engl.)
[[Kategorie:Elektrogerät]] [[Kategorie:Elektrostatik]]