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范式起電機(jī)的起電原理
火花放電原理
起電機(jī)金屬球相當(dāng)于一個(gè)電容器,這個(gè)電容器可視為兩個(gè)同心球殼構(gòu)成,一個(gè)球殼半徑是R ;另一個(gè)球殼半徑為無窮大,兩球殼組成的電容器容量是C=4πε0R。集電梳作用就是給這個(gè)電容器不斷充電。大球帶上足夠的負(fù)電荷后,將小球靠近大球,可看到明亮的電火花同時(shí)聽到爆鳴聲,即發(fā)生了“火花放電”。火花放電時(shí)碰撞電離并不是發(fā)生在兩個(gè)電極之間的整個(gè)區(qū)域,而是發(fā)生在狹窄曲折的閃光通道中??諝鈸舸┖笸蝗挥山^緣體變?yōu)閷?dǎo)體,兩個(gè)電極上的電荷很快中和,范式起電機(jī)教學(xué)設(shè)備,因此放電之后兩極間的電壓迅速降低,范式起電機(jī)價(jià)格,火花放電很快停止。需要等待起電機(jī)繼續(xù)起電,當(dāng)兩極間的電壓又升到一定數(shù)值方能再次看到火花放電,范式起電機(jī),所以火花放電是間斷發(fā)生的。
范式起電機(jī)的起電原理
電荷自激原理
摩擦起電的電荷量太小,不能使金屬球帶上足夠多的靜電荷,大球與小球之間不能產(chǎn)生強(qiáng)烈的火花放電。因此儀器還需要電荷的自激機(jī)制。下滾輪、傳送帶、自激梳三者構(gòu)成了電荷自激系統(tǒng)。在摩擦起電的過程中,負(fù)電荷被傳送帶源源不斷地運(yùn)走,但正電荷只能聚集在下滾輪,而且越聚越多。這樣下滾輪正電荷的面密度就大大高于傳送帶的負(fù)電荷的面密度,因此正電荷是矛盾的主要方面:下滾輪周圍空間的電場(chǎng)就是正電荷形成的強(qiáng)大電場(chǎng)。在正電荷電場(chǎng)作用下導(dǎo)致自激梳發(fā)生尖面放電,由于傳送帶的中介隔離作用,尖面放電放出的負(fù)電荷不能與下滾輪的正電荷相遇中和,這些負(fù)電荷只能吸附于傳送帶且被上行的傳送帶帶走。運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后,下滾輪的帶電荷增加量與泄漏量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。一定量的正電荷通過自激梳的尖面放電可產(chǎn)生的負(fù)電荷,這就是范氏起電機(jī)的電荷自激原理。實(shí)驗(yàn)表明:取下自激梳僅依靠摩擦電荷對(duì)金屬球充電它只能帶有微弱電荷。
范式起電機(jī)的起電原理
摩擦起電原理
范氏起電機(jī)靜電荷來源是基于兩種不同材料摩擦起電的原理(包括緊密接觸起電)。一般說來兩種不同的材料發(fā)生摩擦?xí)r都會(huì)發(fā)生電荷的轉(zhuǎn)移,獲得電子的材料帶負(fù)電;失去電子的材料帶正電。由于金屬材料的自由電子很容易轉(zhuǎn)移,保存這些電荷特別困難,所以實(shí)際應(yīng)用中都采用絕緣材料摩擦來獲得靜電荷。絕緣體摩擦產(chǎn)生的電荷稱為束縛電荷,其涵義為,這些電荷在哪里產(chǎn)生就停留在哪里而不能在絕緣材料上移動(dòng)。范氏起電機(jī)的兩個(gè)摩擦對(duì)象是:下滾輪與傳送帶。根據(jù)需要適當(dāng)?shù)剡x擇兩種材料的組合:可以使下滾輪帶正電、傳送帶帶負(fù)電;調(diào)換材料的組合也可使帶電情況相反。交流電動(dòng)機(jī)與下滾輪共軸,接通220V交流電源,電動(dòng)機(jī)隨即帶動(dòng)下滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)。下滾輪與傳送帶之間的摩擦和緊密接觸作用,導(dǎo)致兩介質(zhì)帶上異種電荷。這里不妨假設(shè)下滾輪帶正電,傳送帶帶負(fù)電。
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