Wimshurst elektriseermachine

[Michel Uphoff]

Mijn multimeter, een stokoude maar heel goede Keithley 175, gaat tot 200 MΩ. Desalniettemin meet ik buiten bereik als ik de meetpunten vlak bij elkaar in de celleron druk. Maar het volgende testje gaf uitsluitsel:

• Een staafje celleron (1*1*24 cm) is heel goed uitgeschuurd en grondig ontvet met isopropanol en voorzien van ingeschroefde aansluitingen op 0, 2.75, 5.5, 11 en 22 cm.
• Zonder aangesloten staafje trok de Wimshurst bij ongeveer 2 omwentelingen per seconde van de zwengel maximaal 24 mm lange vonken.
• Het staafje aangesloten op de buitenste punten (22 cm onderlinge afstand) leidde tot een maximale vonklengte van ongeveer 4,5 mm bij ruwweg hetzelfde toerental.
• Een stapje dichterbij (16,5 cm) leidde tot vonkbruggen van maximaal 4 mm
• Op 11 cm kreeg ik maximaal 3 mm vonken
• Op 5,5 cm werd dit 1 mm.
• En op 2,75 cm onderlinge afstand over celleron van de elektroden was er geen zichtbare vonk meer te maken.

Kortom: Ander materiaal voor de isolatiearm en deksels en bodems van de Leidse flessen zoeken. Ik koop wat perspex (Polymethylmetacrylaat) specifieke weerstand > 10¹⁵ Ohm/m.

Over die specifieke weerstand van kunststoffen, de opgaven lopen sterk uiteen per bron, en mijn lijst van kunststofeigenschappen geef geen bekende specifieke weerstand voor dit composietmateriaal op. Dat had mij moeten alarmeren. Afgaande op die Chinese waarden zou het teststaafje hierboven een weerstand van 220 MΩ hebben tussen de buitenste aansluitpunten. Bij een vonkbrug van 24 mm kan je schatten dat er een spanning is opgewekt van ruwweg 24.000 tot 72.000 volt. Laten we zeggen 50 kV. Die kleine Wimshust levert maximaal 5 μA aan stroomsterkte. Dan is die 220 MΩ echt een te lage weerstand.

[CoenCo]

De grondigheid waarmee je je tests uitvoert en documenteert, toveren elke keer weer een glimlach op m’n gezicht. Keep it up!

[HansH]

• Het staafje aangesloten op de buitenste punten (22 cm onderlinge afstand) leidde tot een maximale vonklengte van ongeveer 4,5 mm bij ruwweg hetzelfde toerental.
• Een stapje dichterbij (16,5 cm) leidde tot vonkbruggen van maximaal 4 mm
• Op 11 cm kreeg ik maximaal 3 mm vonken
• Op 5,5 cm werd dit 1 mm.
• En op 2,75 cm onderlinge afstand over celleron van de elektroden was er geen zichtbare vonk meer te maken.

Dat is wel een mooie originele manier om weerstand te meten. R=k1*lengte_tussen_de _schroefjes*mmvonken. uitgaande van een constanter stroom van 5uA door R

[Michel Uphoff]

Ja, je moet wat hè.. Precisie is wel ver te zoeken maar niet echt nodig hier. Qua ordegrootte zie je toch wel dat het materiaal ongeschikt blijkt te zijn voor hoogspanningsisolatie, ook als staat het bekend om zijn "Uitstekende isolerende eigenschappen"

Ok, andere materialen bestellen, aanpassen en opnieuw testen.
Ik meld mij met de vorderingen als het zover is.

@CoenCo: Gouden tip die kleine Wimshurst gebruiken!

[CoenCo]

Volgens mijn binas (1998) hebben zowel acryl als perspex 10^19 Ohm*m als soortelijke weerstand.
Dat lijken me prima kandidaten. De enige materialen in de tabel die beter isoleren zijn teflon en kwarts (beide 10^20).

[Michel Uphoff]

Acryl, acrylaat, methacrylaat, polymethylacrylaat, plexiglas, perspex, acrylglas, PMMA, altuglas, oroglas, paraglas allemaal soms slecht gekozen (merk)namen voor dezelfde kunststof polymethylmethacrylaat. Met inderdaad veel gunstige eigenschappen voor dit projectje.

Inmiddels wat PMMA besteld, en omdat ze ook dikwandig buis hadden vervang ik de Leidse flessen helemaal.

Overigens blijft het bij mij wel jeuken, waarom ik áls die 22 cm celleron al een weerstand heeft van 220 MΩ dan mijn multimeter geen waarde aan kan geven bij een meetafstand van 1 mm. Op de site waar ik het spul gekocht heb werd 10¹⁶ Ω/cm specifieke weerstand opgegeven. Zie ook de afbeelding in dit bericht.

[WillemB]

Ik denk dat de weerstand veel hoger is, mijn ESD mat hier op mijn werkbank, is geaard,
en de oppervlakte weerstand naar aarde is ongeveer 1,5 GOhm. (meter gaat tot 3 GOhm)

En deze ESD matten zijn er voor gemaakt om lading af te voeren.

[CoenCo]

...
Overigens blijft het bij mij wel jeuken, waarom ik áls die 22 cm celleron al een weerstand heeft van 220 MΩ dan mijn multimeter geen waarde aan kan geven bij een meetafstand van 1 mm. Op de site waar ik het spul gekocht heb werd 10¹⁶ Ω/cm specifieke weerstand opgegeven. Zie ook de afbeelding in dit bericht.

Voor zover ik begrijp is celeron niet isotroop, maar een composiet. Heb je ook tussen de schroeven gemeten?
Het zou kunnen dat je de meetpennen niet diep genoeg in het materiaal gedrukt krijgt om het substraat te raken. Misschien geleidt dat substraat significant beter dan de hars?

[HansH]

Overigens blijft het bij mij wel jeuken, waarom ik áls die 22 cm celleron al een weerstand heeft van 220 MΩ dan mijn multimeter geen waarde aan kan geven bij een meetafstand van 1 mm.

Ik denk dat de aansluitpunten daar het probleem zijn. contact maken via wat geleidende gel zou moeten werken. Wat je daarnaast kunt doen is een aantal 9V batterijen in serie zetten met de kring en dan de stroom meten. Dan kun je ook zien of het evt een spanningsafhankelijke soortelijke weerstand betreft.

[Michel Uphoff]

Die Chinese cijfers vertrouw ik niet, die lijken mij echt veel te laag. Maar mijn hoogspanningsmeting duidt er op dat de weerstand van celleron niet echt hoog is, in ieder geval lang geen 10¹⁶Ω/cm, dus die opgave is ook niet te vertrouwen.

Gel heb ik niet, maar is ook niet nodig, alleen innig contact (dat hebben de elektroden immers ook) moet voldoende zijn. Ik zou er nog even twee boutjes diep in kunnen draaien en dicht bij elkaar kunnen plaatsen en dan even meten. Ik heb nog een hoospanningsgeneratortje 6 kV, eens kijken..

[Michel Uphoff]

Ik denk dat deze opstelling uitsluitsel geeft over de inwendige weerstand van celleron. De voltmeter met een inwendige weerstand van 40MΩ kwam tot 7,48 volt over de 10 MΩ weerstand, bij 750 volt over de spanningsdeler.

Ik kom op ongeveer 800 MΩ voor die 22 cm strip celleron, ruim 36 MΩ per centimeter.
Maar kennelijk is innig contact (de strip is voorzien van ingeschroefde meetpuntjes) van groot belang, want met de multimeter meet ik overload bij een bereik tot 200 MΩ en een onderlinge afstand van de meetpuntjes van pakweg een mm. Ik vermoed dus dat dit een oorzaak is van de uiteenlopende waarden op internet.

[Professor Puntje]

De oppervlakte van het contact bij de meetpuntjes zal ook van belang zijn, daar moet de stroom immers doorheen.

[HansH]

De oppervlakte van het contact bij de meetpuntjes zal ook van belang zijn, daar moet de stroom immers doorheen.

Daarom had ik voorgesteld om het concact via wat gel te laten lopen. Dat geeft een goed contact over een geheel oppevlak. Gel kun je simpel maken via wat gelatine (10%) met een elektroliet daarin opgelost, bv soda.

[WillemB]

Die 800 MOhm is voor de complete doorsnede van de staaf, dus nog even omrekenen naar mm2,
of bij oppervlakte meting naar gelang van de diepte van de meetpunt. delen van een mm.

Bij deze hoge waarden krijg je bij opervlakte meting een samen stel van hoog ohmige weerstanden.
zowel horizontaal als verticaal op de meet punten,

[CoenCo]

Als je de meting herhaalt met de halve afstand tussen de punten, dan kan je een uitsplitsing maken tussen de weerstand van de staaf, en de overgangsweerstand van de meetpunten.