¿Por qué no hay piezas electromecánicas electrostáticas macroscópicas?

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Entonces, entiendo que los relés, motores y otros dispositivos electromecánicos son casi siempre dispositivos electromagnéticos. ¿Por qué es esto? Sé que existen motores electrostáticos, pero ¿qué los hace sustancialmente peores que los motores electromagnéticos?

Tenga en cuenta que estoy preguntando específicamente sobre dispositivos macroscópicos. Soy consciente de que los dispositivos electromecánicos electrostáticos son comunes en MEMS.

— Hogar
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¿No son algunos de los mecanismos de recogida de papel en las fotocopiadoras electrostáticas? Además, ¿algunos métodos de deposición de tinta? Electrospinning de membranas?

— Scott Seidman

@ScottSeidman ¡Eso es completamente posible! Estaba pensando más en máquinas análogas a los motores, donde se requiere una gran potencia.

— Hogar

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@ScottSeidman: Claro, hay muchas aplicaciones para la electricidad estática , ¡pero intente construir un motor electrostático de 700 vatios que pueda hacer funcionar su lavadora!

— Dave Tweed

¿Cuenta motores y actuadores piezoeléctricos? Son razonablemente comunes.

— Spehro Pefhany

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Altavoces de audio electrostáticos.

— Robert Harvey

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¿Ha calculado los voltajes que necesitaría para obtener la fuerza o el par equivalente? Es mucho más fácil construir máquinas compactas de potencia equivalente basadas en altas corrientes en lugar de altos voltajes.

Hacer que una máquina sea compacta básicamente se reduce a poder concentrar el campo adecuadamente. Es fácil concentrar los campos magnéticos agregando más vueltas a las bobinas y utilizando piezas de postes de hierro para guiarlos.

Existen estructuras análogas para campos eléctricos, pero un problema clave es que el aire (y otros dieléctricos) se descomponen bajo campos altos, permitiendo que los electrones abandonen los conductores, lo que arruina todo. Incluso en un vacío difícil, la emisión espontánea limita la intensidad del campo que puede desarrollar.

— Dave Tweed
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Esto cubre motores y altavoces, pero también tengo curiosidad por los relés. Parece que un relé electrostático evitaría el problema ocasional de que un relé estropee las mediciones del efecto hall, aunque eso podría ser un problema bastante raro que realmente no importa.

— Hogar

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No hay diferencia sustancial entre altavoces y relés o solenoides. ¿No crees que la fuga del campo E también estropearía la electrónica cercana? Una alternativa son las máquinas piezoeléctricas.

— Dave Tweed

La diferencia a la que me refiero está en el nivel de potencia. Los relés no tienen la intención de activar nada más que un contacto, mientras que los altavoces convierten la energía eléctrica en energía de audio y los solenoides en energía mecánica. Pero sí, tienes razón. Las fugas siempre serán un problema, pero me parece que los campos magnéticos son potencialmente más problemáticos que los campos eléctricos estáticos. ¡Pero eso podría estar mal!

— Hogar

Los relés alimentan felizmente los dispositivos de mayor corriente: niebla del automóvil y focos en 10 de amperios ...

— Solar Mike

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Los relés electrostáticos en forma de, por ejemplo, interruptores MEMS son una tecnología atractiva que ha sido el centro de atención de investigación y desarrollo desde hace algún tiempo. La pequeña escala de los dispositivos MEMS significa que se puede lograr una funcionalidad útil (cambiar un contacto) con fuerzas de campo razonables. Las ofertas comerciales están disponibles y está comenzando a verlas en los mercados.

— user49628

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Hay investigaciones en curso sobre máquinas electrostáticas. Un prototipo de actuador rotativo es descrito por: G. Reitz, B. Butrymowicz, J. Reed, B. Ge y DC Ludois, "Una máquina electrostática de elastancia conmutada construida a partir de elementos sostenibles para actuadores rotativos", Congreso y Exposición de Conversión de Energía 2017 IEEE ( ECCE), Cincinnati, OH, 2017, pp. 2389-2395

La máquina descrita funciona a 9000 voltios y tiene un dieléctrico líquido. Produce 2 Nm de torque en la parada, pero el torque de arrastre interno aumenta con la velocidad para igualar el torque producido a aproximadamente 1100 RPM. La máquina fue construida en un marco NEMA 42. Se dice que C-Motive Technologies Inc. está comercializando esta tecnología.

— Charles Cowie
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Una aplicación macroscópica de electrostática disponible comercialmente es los altavoces electrostáticos (ESL). Estos son generalmente altavoces caros, limitados a aplicaciones "audiófilas".

Más información aquí: https://en.wikipedia.org/wiki/Electrostatic_loudspeaker

— Mella
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Aquí hay un buen libro que detalla varios tipos de motores electrostáticos ...

http://rexresearch.com/jefimenko/jefimenkoesmotors.pdf

No los llamaría "peores", pero son diferentes a los motores magnéticos.

Como otros han señalado anteriormente, necesitará voltajes muy altos y / o mucha superficie para producir incluso un par relativamente bajo, pero para aplicaciones de bajo toque, alta velocidad, alta confiabilidad y baja potencia, un motor electrostático puede ser una buena opción, especialmente si ya tiene disponible un suministro de alto voltaje / baja corriente.

— bigjosh
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