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(lái)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(shuō)來(lái)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(lái)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。

范式起電機(jī)——起電原理介紹

尖面放電原理

傳送帶左邊做上行運(yùn)動(dòng)、右邊做下行運(yùn)動(dòng)。負(fù)電荷隨著傳送帶的上行而上移，當(dāng)負(fù)電荷到達(dá)上滾輪附近時(shí)，在上滾輪附近設(shè)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(dǎo)體強(qiáng)電場(chǎng)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(jù)尖面放電原理，傳送帶上的負(fù)電荷（束縛電荷）經(jīng)過(guò)集電梳時(shí)必然發(fā)生尖面放電，負(fù)電荷飛向尖面并迅速分布到球殼表面。總之，在尖面放電的作用下，傳送帶的負(fù)電荷順利地轉(zhuǎn)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(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(guò)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?chē)臻g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(guò)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)——故障排除

范氏起電機(jī)是靜電理論知識(shí)綜合實(shí)踐應(yīng)用的范例，掌握了范氏起電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理后不難排除起電機(jī)的常見(jiàn)故障。結(jié)合我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)驗(yàn)中遇到的故障及排除方法做出概括性陳述。

電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)無(wú)力

范氏起電機(jī)一般使用電容啟動(dòng)式單相交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使用日久后啟動(dòng)電容器容易漏電變質(zhì)甚至完全損壞，此時(shí)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)無(wú)力或者只有交流聲而不旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象?？烧赵瓉?lái)電容器的容量和耐壓數(shù)值購(gòu)買(mǎi)新的電容器并且更換。