DE2426021A1 - Vorrichtung zur umsetzung der an einem stab aus isoliermaterial erzeugbaren elektrischen energie in mechanische energie - Google Patents

Vorrichtung zur umsetzung der an einem stab aus isoliermaterial erzeugbaren elektrischen energie in mechanische energie

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DE2426021A1
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Erich Santesson
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/002Electrostatic motors

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  • Elimination Of Static Electricity (AREA)

Description

  • Vorrichtung zur Umsetzung der an einem Stab aus Isoliermaterial erzeugbaren elektrischen Energie in mechanische Energie Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umsetzung der an einem Stab auslsoliermaterial erzeugbaren elektrischen Energie in mechanische Energie.
  • Es ist bekannt, daß ein Plexiglasstab sich elektrostatisch auflädt, wenn man ihn kräftig mit einem Lederlappen reibt, und daß er im aufgeladenen Zustand eine elektrische Anziehungskraft auf nicht geladene Teile ausübt. Die elektrostatische Aufladung eines derartigen Stabes kann man beispielsweise mit einem Elektrometer sichtbar machen, das zwei Metallzungen enthält, die im ungeladenen Zustand nebeneinander herabhängen.
  • Berührt man die Metallzungen mit dem aufgeladenen Stab, dann werden sie mit Ladungsträgern gleicher Polarität besetzt und stoßen einander ab. Mit derartigen Versuchen, die seit langer Zeit regelmäßig in Schulen vorgeführt werden, läßt sich zwar prinzipiell das Entstehen elektrostatischer Aufladungen und das Vorhandensein entsprechender Kräfte nachweisen. Die Versuche erscheinen den Schülern indessen als rein theoretische Demonstrationen, bei denen die nachzuweisenden Energien in so kleinen Mengen erzeugt werden, daß sie gerade noch mit den raffiniertesten Anzeigevorrichtungen sichtbar gemacht werden können. Die Anschaulichkeit und Eindrucksfähigkeit der Versuche leidet darunter, daß de Mittel, mit denen die Wirkungen sichtbar gemacht werden, den Schülern aus dem täglichen Leben her nicht vertraut sind.
  • Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, mit der gezeigt werden kann, daß elektrostatische Kräfte tatsächlich mechanische Arbeit zu leisten vermögen und einen Körper nicht unbeträchtlicher Größe deutlich sichtbar fortzubewegen und anzuheben vermögen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein auf einer metallischen Unterlage abrollbarer Körper vorgesehen ist, und daß der z.B. durch Reibung elektrostatisch aufladbare Stab auf Stützen auflegbar ist, die ihn in solchem Abstand von der Unterlage halten, daß an allen Stellen ein Zwischenraum zwischen dem Körper und dem Stab verbleibt.
  • Wenn der Stab auf die Stützen aufgelegt ist, kann ein Zylinder unter ihm auf der Unterlage abrollen. Ist der Stab durch Reiben elektrostatisch aufgeladen worden, dann entsteht zwischen ihm und dem Zylinder, der über die metallische Unterlage praktisch geerdet ist, ein elektrisches Feld, das sich an der höchsten Stelle des Zylinders, der zu Beginn an einem Ende der metallischen Unterlage liegt, durch die Luft'hindurch abbaut. Hierdurch wird der Zylinder von den weiter abseits liegenden noch nicht abgebauten Ladungsträgern des Stabes angezogen und beginnt eine Rollbewegung. Während des Abrollens finden ständig Entladungen an der obersten Mantellinie des Zylinders statt, wodurch diejenige Länge des Stabes, unter der der Zylinder sich bereits hindurchbewegt hat, entladen ist, während der Stab im übrigen noch aufgeladen ist und den Zylinder fortlaufend anzeht.
  • Vorteilhafterweise- sind an den Enden der Unterlage senkrecht stehende Stützen angebracht,und die Unterlage ist zusammen mit den Stützen schrägstellbar auf einer Grundplatte montiert. Die Stützen bilden zugleich Anschläge für den Beginn und das Ende der Rollbewegung des Zylinders. Dadurch, daß die Rollbahn des Zylinders schrägstellbar ist, kann man nachweisen, daß die elektrostatischen Kräfte des Stabes ausreichen, um den Zylinder von einem niedrigen Höhenniveau auf ein größeres Höhenniveau hinaufrollen zu lassen. Damit ist es möglich, anhand des Höhenunterschiedes und des Zylindergewichtes diejenige Energie zu bestimmen, die von dem Stab auf den Zylinder übertragen wurde. Diese Energie, die zunächst elektrostatisch vorlag, ist in mechanische Energie umgewandelt worden.
  • Da die Grundplatte zusammen mit den Stützen,auf denen der Stab ruht,eine starre Einheit bildet, die als Ganzes schrägstellbar ist, ist sichergestellt, daß der Abstand des Stabes von der Kulminationslinie des Zylinders während des Abrollens stets konstant ist. Dieser Abstand muß so gewählt werden, daß keine zu heftigen Ladungsüberschläge stattfinden, und daß andererseits ein genügend starkes elektrisches Feld entsteht. Vorzugsweise beträgt der Zwischenraum zwischen Zylinder und Stab etwa 5 mm.
  • Die Unterlage kann zwei fest auf einer Trägerplatte montierte Schienen aufweisen, die in elektrisch leitender Verbindung miteinander stehen. Mit derartigen Schienen läßt sich eine exakt geradlinige Rollbewegung des Zylinders erreichen und ein ausreichender elektrischer Kontakt zwischen dem metallischen Zylinder und der Unterlage herstellen.
  • Zweckmäßigerweise ist die Trägerplatte an einem Stirnende gelenkig und an dem anderen Stirnende höhenverstellbar mit der Grundplatte verbunden. Hierdurch erreicht man eine besonders einfache Winkelverstellung. An dem höhenverstellbaren Ende der Unterlage kann eine das Zurückrollen des Zylinders hindernde Ausnehmung vorgesehen sein, in der der Zylinder nach dem Hinaufrollen festgehalten wird. Der Zylinder hat daher an jedem Ende seiner Bahn eine stabile Endposition.
  • Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Lehrmodell in perspektivischer Darstellung, und Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Trägerplatte 11 an einem Stirnende mit einem Seharniergelenk 12 an ein Grundplatte 10 befestigt. Die Grundplatte 10 und die Trägerplatte 11 sind im Grundriß rechteckig und langgestreckt. Die Länge beträgt ca. 70 cm und die Breite ca. 6 cm.
  • An den Enden der aus Isoliermaterial bestehenden Trägerplatte -11- sind senkrecht von der Trägerplatte abstehende Stützen 13, 14 angebracht, die ebenfalls aus Isoliermaterial bestehen und in Seitenansicht T-förmig ausgebildet sind. Beide Stützen 13, 14 haben die gleiche Höhe. Auf sie kann ein elektrostatisch aufladbarer langgestreckter Stab 15 aufgelegt werden. Dieser Stab 15 besteht beispielsweise aus Plexiglas, das hochgradig elektrisch isolierend wirkt. Reibt man den Plexiglasstatt 15 mit einem Lederlappen, dann lädt er sich elektrisch positiv auf-.
  • Auf der Trägerplatte-ll ist eine Metallplatte 16 montiert-, auÜder- zwei U-förnige Schienen 17, 18 angebracht sind. Die Schienen 17, 18 sind also elektrisch miteinander verbunden und -führen aufgrund ihrer unvollkommenen Isolierung gegenüber Erde praktisch Erdpotential.
  • Auf den Schierien 17, --18, die entlang der Seitenkanten der Trägerpiåtte 11 verlaufen, liegt ein Zylinder 19 auf, der in Längsrichtung der Trägerplatte abrollen kann. Der Zylinder 19 besteht aus Metall und sein Abstand von dem Plexiglasstab 15 beträgt unabhängig von der Rollstellung des Zylinders auf den Schienen 17, 18 konstant ca 5 mm.
  • Die an dem Scharnierende befindliche Stütze 14 ist an ihrer Innenseite mit einer Metallplatte 20 bedeckt, die über Drähte 21 mit der Metallplatte 16 verbunden ist. In der Ruhestellung, in der keine elektrostatischen Kräfte wirksam sind, liegt der Zylinder 19 an der Metallplatte 20 an, wenn das dem Scharnierende gegenüberliegende Ende der Trägerplatte durch die Stellschraube 22 angehoben ist, so daß die Trägerplatte 11 gegenüber der Grundplatte 10 schräg ansteigt. Wird nun der Plexi-glasstab 15 nach kräftigem Reiben mit einem Lederlappen auf die Stützen 13, 14 aufgelegt, dann findet eine linienförmige Entladung des Zylinders 19 statt, die man bei Dunkelheit in Form von Entladungsfunken beobachten kann. Der Zylinder 19 wird von den nächstfolgenden Ladungsträgern angezogen, und diese bewirken, daß der Zylinder auf der gegenüber der Horizontalen ansteigenden Bahn bis zur oberen Stütze 13 hinaufrollt.
  • Dabei findet ein "Abräumen" der an dem Stab 15 befindlichen positiven Ladungsträger statt.
  • Da die Schienen 17, 18 ein Stück vor der oberen Stütze 13 enden, ist an dieser Stelle eine Ausnehmung 23 vorhanden, in der der Zylinder 19, wenn er den höchsten Punkt erreicht hat, liegen bleibt.
  • Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann man zeigen, daß die elektrostatische Aufladung eines isolierenden Stabes so energiereich ist, daß sie durchausizur Verrichtung mechanischer Arbeit ausreicht. Die von dem Stab ohne direkte Berührung auf den Zylinder übertragene Energie ist unter Vernachlässigung der Reibungskräfte E = M x g x h, wobei M die Masse des Zylinders, g die Gravitationskonstante und h die mit der Stellschraube 22 eingestellte überwundene Höhe ist.

Claims (8)

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Umsetzung der an einem Stab aus Isoliermaterial erzeugbaren elektrischen Energie in mechanische Energie, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß ein auf einer metallischen Unterlage abrollbarer Körper (19) vorgesehen ist, und daß der Stab (15) auf Stützen (13, 14) auflegbar ist, die ihn in solchem Abstand von der Unterlage halten, daß an allen Stellen ein Zwischenraum zwischen dem Körper (19) und dem Stab (15) verbleibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß an den Enden der Unterlage senkrecht stehende Stützen (13, 14) angebracht sind, und daß die Unterlage zusammen mit den Stützen schrägstellbar auf einer Grundplatte (10) montiert ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Unterlage zwei fest auf einer Trägerplatte (11) montierte Schienen (17, 18) aufweist, die in elektrisch leitender Verbindung miteinander stehen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Trägerplatte (11) an einem Stirnende gelenkig und an dem anderen Stirnende höhenverstellbar mit der Grundplatte (10) verbunden ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an der einen Stütze (14)-eine Metallplatte (20) vorgesehen ist, die leitend mit den Schienen (17, 18) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an dem höhenverstellbaren Ende der Unterlage eine das Zurückrollen des Zylinders hindernde Ausnehmung (23) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Zwischenraum zwischen dem abrollbaren Körper (19) und dem Stab (15) etwa 5 mm beträgt.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der abrollbare Körper ein Zylinder (19), vorzugsweise eine hohle Trommel oder Dose, ist. Leerseite
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1381145A1 (de) * 2002-07-09 2004-01-14 C.R.F. Società Consortile per Azioni Elektrostatischer Betätiger zum Erreichen einer Querbewegung eines Fadens in einer Textilmaschine, und Textilmaschine mit diesem Betätiger

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1381145A1 (de) * 2002-07-09 2004-01-14 C.R.F. Società Consortile per Azioni Elektrostatischer Betätiger zum Erreichen einer Querbewegung eines Fadens in einer Textilmaschine, und Textilmaschine mit diesem Betätiger
US6879084B2 (en) 2002-07-09 2005-04-12 C.R.F. Societa Consortile Per Azioni Electrostatic actuator, for causing a transverse movement of a yarn in a textile machine, and a textile machine including this actuator

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