范式起電機的起電原理

摩擦起電原理

范氏起電機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)生摩擦時都會發(fā)生電荷的轉移，獲得電子的材料帶負電；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移，保存這些電荷特別困難，所以實際應用中都采用絕緣材料摩擦來獲得靜電荷。絕緣體摩擦產生的電荷稱為束縛電荷，其涵義為，這些電荷在哪里產生就停留在哪里而不能在絕緣材料上移動。范氏起電機的兩個摩擦對象是：下滾輪與傳送帶。根據需要適當?shù)剡x擇兩種材料的組合：可以使下滾輪帶正電、傳送帶帶負電；調換材料的組合也可使帶電情況相反。交流電動機與下滾輪共軸，接通220V交流電源，電動機隨即帶動下滾輪轉動。下滾輪與傳送帶之間的摩擦和緊密接觸作用，導致兩介質帶上異種電荷。這里不妨假設下滾輪帶正電，傳送帶帶負電。

范式起電機——起電原理介紹

尖面放電原理

傳送帶左邊做上行運動、右邊做下行運動。負電荷隨著傳送帶的上行而上移，當負電荷到達上滾輪附近時，在上滾輪附近設置有集電梳，所謂集電梳就是一排整齊的金屬尖針，它的外形正像日常生活用品-梳頭的梳子。在尖面導體強電場的作用下，與尖面電荷極性相反的離子飛向面端跟尖面電荷中和；與尖面電荷極性相同的離子受到排斥背離尖面飛走，這就是所謂尖面放電。根據尖面放電原理，傳送帶上的負電荷（束縛電荷）經過集電梳時必然發(fā)生尖面放電，負電荷飛向尖面并迅速分布到球殼表面?？傊诩饷娣烹姷淖饔孟?，傳送帶的負電荷順利地轉移到金屬球外表面。

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生強烈的火花放電。因此儀器還需要電荷的自激機制。下滾輪、傳送帶、自激梳三者構成了電荷自激系統(tǒng)。在摩擦起電的過程中，負電荷被傳送帶源源不斷地運走，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就是正電荷形成的強大電場。在正電荷電場作用下導致自激梳發(fā)生尖面放電，由于傳送帶的中介隔離作用，尖面放電放出的負電荷不能與下滾輪的正電荷相遇中和，這些負電荷只能吸附于傳送帶且被上行的傳送帶帶走。運轉一定時間后，下滾輪的帶電荷增加量與泄漏量達到動態(tài)平衡。一定量的正電荷通過自激梳的尖面放電可產生的負電荷，這就是范氏起電機的電荷自激原理。實驗表明：取下自激梳僅依靠摩擦電荷對金屬球充電它只能帶有微弱電荷。

范式起電機——故障排除

范氏起電機是靜電理論知識綜合實踐應用的范例，掌握了范氏起電機的結構和工作原理后不難排除起電機的常見故障。結合我們在教學實驗中遇到的故障及排除方法做出概括性陳述。

電動機不轉或旋轉無力

范氏起電機一般使用電容啟動式單相交流電動機驅動滾輪轉動，使用日久后啟動電容器容易漏電變質甚至完全損壞，此時出現(xiàn)電動機旋轉無力或者只有交流聲而不旋轉的現(xiàn)象?？烧赵瓉黼娙萜鞯娜萘亢湍蛪簲?shù)值購買新的電容器并且更換。