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Die Wimshurst Maschine
James Wimshurst (1832 - 1903) war ein englischer Schiffsbauingenieur und Erfinder, der sich
intensiv mit Elektrizität und ihrer Erzeugung befasste. Seine Influenzmaschinen, die er nach
1880 entwickelte, eröffneten erstmals die Möglichkeit, kontinuierliche Ströme mit sehr hoher
Spannung zu erzeugen, wie sie z.B. für den Betrieb der ersten Röntgenapparate nötig waren.
Funktion der Wimshurst-Maschine: Die Wimshurst-Maschine ist ein hoch wirksamer
Apparat, der aus mechanischer Energie (gegenläufige Drehung der beiden Lamellenschei-
ben über die Kurbel) statische Elektrizität erzeugt und speichert. Erzeugt wird die Spannung
zwischen positiver und negativer Ladung durch Influenz (daher auch: Influenzmaschine),
gespeichert wird sie in Leidener Flaschen (benannt nach der holländischen Stadt Leyden)
und zum Ausgleich der Spannung kommt es durch Funkenschlag über die Kugelelektroden.
Elektrizität: Als Elektrizität bezeichnet man alle Erscheinungen, die mit ruhender oder
bewegter elektrischer Ladung zu tun haben und die deshalb in die Gebiete der statischen
Elektrizität und des elektrischen Stroms zusammengefasst werden. Die Phänomene sind
seit dem Altertum bekannt, als der griechische Naturphilosoph Thales von Milet um 600
v.Chr. entdeckte, dass Bernstein kleine leichte Teilchen anziehen konnte, wenn man ihn mit
einem Fell rieb. So gab dann auch das griechische Wort für Bernstein elektron dem ganzen
Gebiet seinen Namen.
Die Elektrostatik beschreibt die Wirkung, die Stoffe mit unterschiedlicher oder gleicher elek-
trischer Ladung aufeinander haben. Dabei stoßen sich gleichnamige Ladungen (Plus / Plus
oder Minus / Minus) ab, ungleichnamige (Plus / Minus) ziehen sich an. Kommt es zu einem
Ausgleich unterschiedlicher Ladungen, z.B. durch die Verbindung mit einem elektrischen
Leiter oder durch Funkenschlag, fließt Strom, und die Spannung zwischen den vorherigen
Ladungsträgern fällt auf null. Im Alltag hat man es dabei oft mit zwar sehr hohen Spannun-
gen von Tausenden Volt, jedoch sehr schwachen und damit ungefährlichen Stromstärken zu
tun. Bekannt ist das Knistern von Kleidungsstücken aus synthetischen Fasern, die im Dunkel
sogar kleine Blitze erzeugen können, oder der leichte elektrische Schlag, den man beim
Verlassen eines Autos bekommen kann.
Kondensator (von lat. condensare „verdichten"): Kondensatoren bestehen aus zwei elekt-
risch leitenden, durch einen Isolator getrennten Flächen, den Kondensator-Elektroden, die
entgegengesetzt aufgeladenen sind und zwischen denen deshalb eine Spannung besteht.
Jede Lamelle einer Lamellenscheibe der Wimshurst-Maschine bildet mit der direkt gegen-
über liegenden Lamelle der anderen Scheibe jeweils einen Kondensator. Leidener Flaschen
sind auch Kondensatoren, die sogar hochspannungstauglich sind. Ursprünglich waren sie
richtige Glasflaschen mit Metallbelägen auf der Innen- und der Außenseite, in diesem Bau-
satz bestehen sie aus gerollter PVC-Folie mit Innen- und Außenbelägen aus Alufolie. Ohne
die Leidener Flaschen wären die gewünschten Funkenentladungen über die Kugel-Elektro-
den nicht möglich, weil sich keine ausreichende Ladung ansammeln könnte.
Influenz (von lat. influentia Einfluss): Eine Ladung auf einer Lamelle bewirkt durch Influenz
auf der gegenüber liegenden Lamelle der anderen Scheibe eine gleiche Ladung mit entge-
gen gesetztem Vorzeichen. Werden die Lamellen durch eine Kraft auseinander bewegt, was
bei der gegenläufigen Bewegung der Lamellenscheiben ja fortlaufend geschieht, erhöht sich
sowohl die positive Ladung in der einen wie die negative Ladung in der anderen Lamelle.
Ausgleicher (oder Neutralisator): Das ist der Arm mit Kollektorbürsten an den Enden, der
schräg vor einer Lamellenscheibe steht und nacheinander jede Lamelle mit derjenigen auf
dem gegenüber liegenden Ende der Scheibe verbindet. Der Ausgleicher bewirkt, dass auf
der Lamelle am einen Ende des Arms eine Ladung in genau gleicher Höhe entsteht wie auf
der Lamelle am anderen Ende, nur mit umgekehrtem Vorzeichen. Auf den entgegen gesetzt
drehenden Scheiben kommen dadurch in Höhe der Stromabnehmer Ladungen mit gleichem
Vorzeichen an, die sich abstoßen und von den Bürsten der Stromabnehmer-Elektroden
aufgenommen und in den Leidener Flaschen gespeichert werden können. - Jede Scheibe
hat einen Ausgleicher, der jeweils von links oben nach rechts unten verläuft. Die Ausgleicher
sind verstellbar: Stehen sie sehr steil, führt das zu höherer Ausgangsspannung bei geringe-
rem Strom, stehen sie flacher, ist es umgekehrt.
Funkenschlag und Sprühentladungen: Hohe elektrische Spannungen, wie sie die Wims-
hurst-Maschine erzielt, neigen dazu, sich überall da, wo kleine und kleinste Spitzen und
Ecken vorliegen, in die Umgebung zu entladen („Sprühentladung"), was man im Dunkeln als
Leuchterscheinungen beobachten kann. Das ist auch der Grund, warum die Entladung der
Leidener Flaschen über Kugel-Elektroden erfolgt: Hätten die Elektroden Spitzen statt Kugeln,
käme es wegen der ständigen Sprühentladung nicht zu nennenswerten Funkenschlägen.
Übrigens: Je höher die Luftfeuchtigkeit, umso eher kommt es zu Sprühentladungen, was das
Funktionieren der Wimshurst-Maschine stark beeinträchtigen kann.
Zu diesem Bausatz: Die Wimshurst-Maschine von AstroMedia kann Spannungen bis
70.000 Volt und Funkenschläge bis 5 cm Länge erzeugen, die aber für den Menschen unge-
fährlich sind. Beachten Sie dazu die weiteren Hinweise am Ende der Bauanleitung und auf
unserer Internetseite www.astromedia.de.
Danksagung: Autor und Verlag danken Dieter Hauffe für die Anregung und wichtige konst-
ruktive Vorarbeiten zu diesem Bausatz, der wieder ein schönes Beispiel dafür ist, wie Ideen
der AstroMedia-Kunden zu neuen Bausätzen führen können.
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