윔스허스트머신의 작동원리

조회 수 49247 추천 수 0 2010.02.12 23:00:37

 

 

wims.gif 

 

 

위의 그림은 윔스허스트장치의 작동원리를 설명하고 있습니다. 그림에서 작게그려진 원과 크게 그려진 원은 원리를 설명하기 위해 크기를 다르게 나타낸 것이며 원래는 같은 사이즈의 양쪽의 아크릴 판을 나타냅니다.  그리고 원주에 검게 표시해 놓은 것이 아크릴판에 붙여놓은 알미늄테입이라고 생각하시면 됩니다.

 

그림을 잘 보시면  Neutrallizing bar 라고 하는 것이 양쪽 아크릴 판에 설치가 되어있습니다.


각각은 그림과 같이 서로 엇갈리게 설치가 되어있습니다.


양쪽의 아크릴판을 서로 반대방향으로 회전시키면 뉴트럴바로 인해 각각의 아크릴판은 뉴트럴바를 중심으로 한쪽은 +로, 한쪽은 -로 대전되며 두개의 뉴트럴바는 엇갈려있기 때문에 4부분으로 나누어지게 됩니다. 윗쪽부분과 아랫부분은 +,- 과 같이 서로다른 극성으로 대전이 되고 왼쪽부분은 -,- 로, 오른쪽부분은 +,+ 로 대전되게 됩니다.


이렇게 같은 극성으로 대전된 곳에 Charge collector 라는 전극을 사용해서 전기를 모으게 됩니다.


이렇게 발생된 전기는 고전압입니다만 표면에 대전되어 있는 상태로 흐르지 않는 전기인 정전기(static electricity)로서 전류는 0입니다.  이렇게 발생된 정전기를 모아서 가둬두기 위해 라이덴병을 사용하기도 합니다. 티끌모아 태산을 만드는 것이죠.

 

한 아저씨가 열심히 윔스허스트장치를 돌리고 있는 아래의 사진은 윔스허스트 장치에서 발생되는 고전압으로 두 전극사이에서 발생되는 방전현상을 보여줍니다.

 

drspark.jpg  

 

대전된 정전기의 전압이 상승하여 두 전극사이의 절연파괴전압에 다다르게 되면 방전이 일어나 대전되었던 정전기가 비로소 전기가 됩니다. 아래 사진에서의 방전길이를 볼때 상당히 높은 전압이 생성된다고 볼 수 있습니다.  공기의 절연파괴전압이 구전극에서 30kV/cm인 점을 고려해보면 약 30만 볼트는 나오고 있는 것 같습니다.

 

또한 아래와 같이 엄청나게 큰 윔스허스트 장치도 있습니다.

 

rovc1_500.jpg

 

위 그림의 큰 윔스허스트장치는 2000년에 Paul Hendriksen에 의해 제작되었으며 크기는 지금까지 가장 크다고 알려져있던 1884년에 윔셔스트에 의해 제작된 장치보다 직경이 2cm정도 크다고 하며 원판은 직경 2.15m, 두께 12mm인 유리판으로 제작이 되었고 100rpm으로 회전하며 출력전압은 1MV까지, 그결과 1m길이의 스파크가 발생되며, 100uA의 전류를 발생시킵니다. 그리고 발생전압이 워낙 높아서 라이덴병을 사용하지 못하고 구리로만든 커다란 공을 커패시터로 사용한다고 합니다.

 

- J.S.Park -

 

참고사이트 : http://www.coe.ufrj.br/~acmq/electrostatic.html

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