Was ist eine Wimshurst-Maschine?

Die Wimshurst-Maschine war im 19. Jahrhundert ein revolutionärer Generator, der statische Elektrizität erzeugte, die eine starke Spannung erzeugen konnte. Es wurde als „Einflussmaschine“ kategorisiert, da es keine Reibung zur Erzeugung von Spannungen verwendet. Die Maschine wurde 1883 von einem britischen Erfinder und Ingenieur namens James Wimshurst erfunden und fertiggestellt. Die Wimshurst-Maschine wurde sehr gut angenommen, weil sie in der Lage war, höhere Spannungen zu erzeugen als andere Generatoren zu ihrer Zeit, und sie hatte keine Ausfälle wie Polaritätsumschaltung. Jahrhunderte später wird die Maschine immer noch hergestellt, um zu demonstrieren, wie statische Elektrizität funktioniert.

Das auffälligste an der Wimshurst-Maschine sind die zwei dünnen Scheiben mit Löchern in der Mitte, in die ein Zylinder eingesetzt ist, um die Scheiben auf der Basis zu montieren. Am Zylinder befestigt sind zwei dünne Metallstäbe – einer für jede Scheibe – die an beiden Enden Metallbürsten haben. Auf der linken und rechten Seite der Maschine befinden sich zwei weitere Metallstäbe, die als „Elektroden“ bezeichnet werden und sich durch die Kugeln an ihren Enden unterscheiden. Auf beiden Seiten der Maschine ist ein weiteres Paar horizontaler Metallstäbe, die sogenannten „Sammelkämme“, mit Gummistopfen an einem der Enden angebracht; die anderen Enden der Sammelkämme werden in Leydener Gläser gesteckt, die sogenannten Kondensatoren. Grundsätzlich sollte jede Seite gleich aussehen und die gleichen Komponenten wie die Bürsten und die Auffangkämme enthalten, bis auf die Elektroden, die nur auf einer der Scheiben installiert sind.

Die Wimshurst-Maschine funktioniert, wenn die beiden Scheiben gedreht werden, normalerweise unter Verwendung eines Griffs, wie in einer Aufziehbox. Man sagt, dass sich die Scheiben „gegenläufig“ drehen oder sich in entgegengesetzter Richtung drehen. Man kann annehmen, dass die hintere Scheibe negativ geladen ist, und wenn diese negative Ladung mit einem Ende der Metallbürste auf der vorderen Scheibe ausgerichtet ist, wird eine positive Ladung erzeugt, um die negative Ladung auszugleichen. Das andere Ende der Bürste erzeugt jedoch eine negative Ladung, da das andere Ende eine positive Ladung enthält.

Sobald negative und positive Ladungen auf der vorderen Scheibe der Wimshurst-Maschine vorhanden sind, wird die hintere Scheibe ausgelöst, um auch positive und negative Ladungen zu erzeugen, um negativ-positive Polaritäten zu erzeugen. Dieser Prozess läuft so lange, wie sich die Scheiben gegenläufig drehen, bis so viele positive und negative Ladungen induziert werden, dass sie nicht mehr eingedämmt werden können und sie zu winzigen Funken „explodieren“. Man kann sich vorstellen, dass die Scheiben nur eine positive und eine negative Ladung aufnehmen können. Wenn also die zusätzlichen Ladungen am Sammelkamm vorbeilaufen, sammelt dieser die Ladungen und speichert sie in den Kondensatoren. Ein Kamm sammelt alle negativen Ladungen in einem Glas, während der andere Kamm die positiven Ladungen in einem anderen Glas sammelt.