Wimshurst elektriseermachine

[Michel Uphoff]

Soort time-lapse van de opbouw van de machine. Even op de afbeelding klikken.

[Professor Puntje]

Leuk om te zien!

[CoenCo]

Mooi!

[Michel Uphoff]

Ik beschouw de machine als afgebouwd. De fijnregeling voor de elektroden was zo'n beetje de laatste toevoeging. Wellicht dat ik nog een keer alle scherpere hoekjes en randjes naloop en afrond om corona zo veel mogelijk te elimineren.

Een eerste poging om mijn elektroscoop te ijken (klik even op de afbeelding):

Hier wat beeldmateriaal, onder meer van het elektrostatische molentje dat ik gemaakt heb. Ik vraag mij af of ik het toerental van dit molentje kan gebruiken als indicator voor de hoogspanning. Een kwadratische relatie lijkt mij logisch (kinetische energie).



De machine werkt prima, en kan vonkbruggen maken van ruim 6 centimeter, ruwweg 180 kV. Dat is nog ruim onder het maximum dat volgens WMD op 20 centimeter ligt. De belangrijkste beperkende factoren zitten m.i. in de maatvoering. Op onderstaande detailfoto is aangegeven waar er vonkoverslag plaats vindt als ik de bollen van de machine verder uit elkaar zet dan pakweg 6-7 centimeter:

Tussen de centrale aansluiting over de top naar de rand van het aluminium aan de buitenzijde is inderdaad bijna 7 centimeter, evenzo tussen de buitenzijde van de fles en de sectoren van de voorste schijf. Daar springen geen vonken tussen over maar in het donker zie ik daar duidelijke corona. Ontkoppel ik de Leidse flessen, dan kom ik wat verder, maar toch vloeit er bij zeer hoge spanning zoveel weg, dat van een echte vonkbrug dan geen sprake meer is. Wellicht dat het eerdergenoemde afronden van alle scherpe overgangen daar nog war aan verbetert.

[Michel Uphoff]

Ik heb de 10 GΩ weerstand (±20%) binnen, en vraag mij af of deze vrij korte weerstand met wat kunst- en vliegwerk geschikt is te maken voor hoogspanning:

De weerstand is slechts 5 cm lang, en dan is vonkoverslag tussen de aansluitdraden een veel te groot risico bij 100+ kV. De theoretisch maximale doorslagweerstand ligt in de orde van 10¹² V/M, dus een miljoen volt per 0,001 mm, maar dat geldt alleen in een keihard vacuüm. Als ik aanneem dat het vacuüm in het buisje zeer goed is, dan meen ik van een doorslagspanning van 40 kV/mm uit te mogen gaan.
Dus in het, naar ik aanneem, goede vacuüm van dat glazen buisje zit het probleem dan niet? Als ik deze weerstand met de juiste hars zou ingieten in een kunststof buisje van zeg eens 20 cm lang, geen draden met isolatie gebruik (want daaronder zit lucht) maar bijvoorbeeld massief koperdraad aansluit en meegiet in de buis, zou het dan bestand zijn tegen een zeer hoog voltage (> 100 kv)?

Voorts heb ik de weerstand gemeten, als volgt:

Van de door de multimeterfabrikant opgegeven 40 MΩ inwendige weerstand in het meetbereik van 200 mV tot 2 V klopte niets. Ik heb het met een andere multimeter bepaald op 8,86 M. Zo kom ik dan in dit schemaatje (aangelegde spanning 747 volt, en de in serie geschakelde voltmeter gaf 0,785 V aan) aan een weerstand van 8,4 GΩ, en dat is nog (net) binnen de tolerantie.

[jkien]

De weerstand is slechts 5 cm lang, en dan is vonkoverslag tussen de aansluitdraden een veel te groot risico bij 100.000+ kV.
De theoretisch maximale doorslagweerstand ligt in de orde van 10¹² V/M, dus een miljoen volt per 0,001 mm, maar dat geldt alleen in een keihard vacuüm. Als ik aanneem dat het vacuüm in het buisje zeer goed is, dan meen ik van een doorslagspanning van 40 kV/mm uit te mogen gaan.
Dus in het, naar ik aanneem, goede vacuüm van dat glazen buisje zit het probleem dan niet? Als ik deze weerstand met de juiste hars zou ingieten in een kunststof buisje van zeg eens 20 cm lang, geen draden met isolatie gebruik (want daaronder zit lucht) maar bijvoorbeeld massief koperdraad aansluit en meegiet in de buis, zou het dan bestand zijn tegen een zeer hoog voltage (> 100 kv)?

Wat ziet hij er mooi uit! Maar zo te zien bestaat de 10 GΩ weerstand uit een spiraal van 10 windingen, waarbij de smalle spleet tussen de windingen 0.5 mm breed is. Bij een totale spanning van 200 kV zou er 20 kV over de smalle spleet staan, dus 40 kV/mm. Dat wordt spannend. Kun je niet beter eerst in het donker goed kijken of je ergens corona ziet voordat je de buitenkant ingiet in hars?

Van de door de multimeterfabrikant opgegeven 40 MΩ inwendige weerstand in het meetbereik van 200 mV tot 2 V klopte niets. Ik heb het met een andere multimeter bepaald op 8,86 M. Zo kom ik dan in dit schemaatje (aangelegde spanning 747 volt, en de in serie geschakelde voltmeter gaf 0,785 V aan) aan een weerstand van 8,4 GΩ, en dat is nog (net) binnen de tolerantie.

Het lijkt me dat je de ingangsweerstand van die voltmeter beter m.b.v. een parallelweerstandje kunt verlagen van 8,4-8,9 MΩ naar 1,0 MΩ, want dan is hij precies een 10-macht kleiner dan de 10 GΩ. Dan is er geen rekenmachine nodig om de voltmeterspanning te vertalen naar de totale spanning, je hoeft alleen maar de komma 4 plaatsen te verschuiven.

[Michel Uphoff]

Kun je niet beter eerst in het donker goed kijken of je ergens corona ziet voordat je de buitenkant ingiet in hars?

Dat is een goede tip. Ga ik even proberen.

[Michel Uphoff]

beter m.b.v. een parallelweerstandje kunt verlagen

Ja, maar alleen als het tot een werkend instrumentje kan komen met deze weerstand, maar helaas..

Net die coronatest gedaan; de weerstand tussen de polen van de Wimshurst geschakeld, en vervolgens de spleetgrootte langzaam verhoogd. Al bij 3 mm spleet (ruwweg 9.000 V) ontstond er corona tussen de windingen van de weerstand. Kennelijk is het vacuüm niet diep genoeg. Deze lijkt mij dus niet bruikbaar voor de vereiste hoogspanningsmetingen. Inmiddels wel een andere 10 G weerstand gezien: klik. 70 kV is nog te weinig, maar wellicht dat ik ergens aan een 150 kV exemplaar kan komen.

[edit]
DIT komt al meer in de buurt. 1 GΩ, 100 kV gedurende max 5 minuten.

[Michel Uphoff]

Na het afronden van enkele wat scherpe hoekjes en de montage van een kleinere kogel op de grote (zodat de capaciteit van de grotere kogel wel benut wordt), en het iets verlagen van de buitenste condensatorplaat, krijg ik nu vonkboogjes van ongeveer 8 cm:

[Professor Puntje]

Mooi - het echte werk!

[jkien]

Na het afronden van enkele wat scherpe hoekjes en de montage van een kleinere kogel op de grote (zodat de capaciteit van de grotere kogel wel benut wordt), en het iets verlagen van de buitenste condensatorplaat, krijg ik nu vonkboogjes van ongeveer 8 cm

Kun je iets doen waardoor de ene elektrode altijd positief wordt, en blijken de volgende regels dan te kloppen?

Maar waarom zie ik bij de meeste elektriseermachines twee bollen aan het einde van de elektroden?
Daar is toch geen goede reden voor?

• Als je de langste vonk wilt, zonder te weten welke elektrode positief is, gebruik je de kleine bollen van beide elektrodes.
• Als je de langste vonk wilt, en je weet welke elektrode positief is, gebruik je de kleine bol van de positieve elektrode, en de grote bol van de negatieve. Dan moet je de ene elektrode schuiner plaatsen dan de andere.
• Als je de luidste knal wilt gebruik je de grote bollen van beide elektrodes (kun je de kleine bollen er vanaf schroeven?)

1

[Xilvo]

Mooi resultaat, eindelijk!

[Michel Uphoff]

Ja, het was even doorzetten maar ik ben nu tevreden. (klik op de afbeelding)

Dit is een animated gif gemaakt van een stuk of 16 ontladingen die direct achter elkaar zijn gezet.

Als je de langste vonk wilt, zonder te weten welke elektrode positief is, gebruik je de kleine bollen van beide elektrodes.

Dat klopt, maar wel inclusief de grote bollen. Alleen kleine bollen geeft minder vonken en eerder een sissende corona-ontlading.

Als je de langste vonk wilt, en je weet welke elektrode positief is, gebruik je de kleine bol van de positieve elektrode, en de grote bol van de negatieve. Dan moet je de ene elektrode schuiner plaatsen dan de andere.

Die moet ik nog uitzoeken. Ik zie wel dat de vonk tussen twee gelijke bollen asymmetrisch is, en denk dat ik zo ook de plus en de min zou kunnen zien:

De elektronen hebben ruwweg 1/1800 van de massa van de positieve ionen, en dientengevolge een veel hogere snelheid en ik denk dat de asymmetrie die hierboven zichtbaar is daardoor veroorzaakt wordt. Maar hoe het precies zit, dat moet ik nog uitzoeken, ideeën zijn welkom.

Als je de luidste knal wilt gebruik je de grote bollen van beide elektrodes (kun je de kleine bollen er vanaf schroeven?

Ja, de grote bollen knallen harder dan de kleine. Maar de kleine op de grote (meer capaciteit) geven het beste resultaat.

[jkien]

ik denk dat de asymmetrie die hierboven zichtbaar is daardoor veroorzaakt wordt. Maar hoe het precies zit, dat moet ik nog uitzoeken, ideeën zijn welkom.

"Look closely at the spark and you'll notice that one end of it is brighter, this is your positive electrode", zegt steampunkworkshop, helaas zonder verklaring.

Ja, de grote bollen knallen harder dan de kleine. Maar de kleine op de grote (meer capaciteit) geven het beste resultaat.

De Leidse flessen (100 pF) staan toch parallel met de vonkboog? Is de capaciteit van de bollen dan niet verwaarloosbaar?

[Professor Puntje]

De Leidse flessen (100 pF) staan toch parallel met de vonkboog? Is de capaciteit van de bollen dan niet verwaarloosbaar?

Dat vroeg ik mij ook af, maar het zou kunnen zijn dat de lading op de grote bollen sneller en makkelijker beschikbaar is voor de vonkvorming dan de ladingen die eerst nog weer terug uit de Leidse flessen moeten komen.