윔셔스트 머신 개요
윔셔스트 머신은 정전기 유도 효과를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 장치입니다. 이 기계들은 ‘영향 기계'(influence machines)라고 불리는 정전기 발전기의 한 종류로, 마찰에 의존하지 않고 정전 유도 또는 영향을 통해 전기적 충전을 분리합니다.
윔셔스트 머신의 구조와 원리
윔셔스트 머신은 다수의 금속 날개가 부착된 두 개의 유전체 판으로 구성되어 있습니다. 각 판에는 양쪽 끝에 브러시가 연결되어 있으며, 두 판은 각자의 도체에 연결됩니다. 판이 서로 반대 방향으로 회전할 때, 윔셔스트 머신은 한쪽 도체에 양전하를, 다른 한쪽에는 음전하를 축적하기 시작합니다. 도체가 충분히 충전될 때까지 계속되며, 전압이 도체 사이에서 돌파하게 되면, 판이 움직이고 있다면 충전 과정이 다시 시작됩니다.
정전기란?
정전기는 다양한 물체와 객체의 표면에 전기 충전이 축적되고, 서로 접촉할 때 그들 간의 교환으로 인해 발생하는 현상을 비공식적으로 지칭합니다. 우리가 매일 마주치는 대부분의 정전기는 트라이보일렉트릭 효과에 의해 발생합니다.
트라이보일렉트릭 효과
트라이보일렉트릭 효과는 서로 접촉한 후 분리될 때 특정 재료들이 전기적으로 충전되는 접촉 전기화의 한 유형입니다. 두 다른 재료의 마찰은 빈번한 접촉과 분리로 인해 효과를 크게 증가시킵니다. 건조한 날에는 공기 중에 물 분자가 적어 전기가 새어 나가는 것을 방지하기 때문에 정전기가 더욱 두드러집니다.
정전기에 필요한 전압
1mm의 전기 아크를 생성하기 위해서는 매우 높은 전압이 필요합니다. 공기는 전기의 매우 나쁜 전도체이며 높은 유전 강도를 가지고 있습니다. 공기의 유전 강도는 거의 3000V/mm에 달합니다. 심한 조건에서는 최대 15,000 볼트가 기록되었습니다. 실제로 5,000V를 경험하는 것은 흔한 일입니다. 사실, 많은 사람들은 2,000-4,000V 미만의 정전기 방전에서 충격을 느끼지 않습니다. 정전기 충격이 사람에게 해를 끼치지 않는 주요 이유는 매우 낮은 전류 때문입니다.
자주 묻는 질문들
- 정전기는 무엇이 원인인가요?
매일 접하는 대부분의 정전기는 트라이보일렉트릭 효과에 의해 발생합니다. 호박을 모피로 문지르거나 유리를 비단으로 문지르는 것과 같은 두 가지 다른 재료를 문지르면 쉽게 생성됩니다. - 정전기가 도달하는 전압은 얼마인가요?
5,000V에 이르는 것은 흔한 일입니다. 실제로 많은 사람들은 2,000-4,000V 미만의 정전기 방전에서 충격을 느끼지 않습니다. - 정전기 발전기의 주요 유형은 무엇인가요?
마찰이나 유도 발전기를 포함한 다양한 유형의 정전기 발전기(ESG)가 있습니다. 윔셔스트 머신, 반 데 그라프 발전기, 회전하는 디스크 고전압 발전기 등이 있습니다.
