范式起電機(jī)簡介

范式起電機(jī)，即范德格拉夫起電機(jī)（Van de Graaff generator），又稱范德格拉夫加速元件，是一種用來產(chǎn)生靜電高壓的裝置。該裝置于1929年由荷蘭裔美國物理學(xué)家羅伯特·杰米森·范德格拉夫發(fā)明。范德格拉夫起電機(jī)通過傳送帶將產(chǎn)生的靜電荷傳送到中空的金屬球表面。范德格拉夫起電機(jī)非常易于獲得非常高的電壓，現(xiàn)代的范德格拉夫起電機(jī)電勢可達(dá)500萬伏特。

范式起電機(jī)介紹

開始上輥與膠帶摩擦而發(fā)生的負(fù)電荷，被上輥旁的上集電梳所收集到電極球上。同時(shí)膠帶與上輥摩擦而發(fā)生的正電荷，由膠帶輸送到下輥，被下輥旁的下集電梳收集入地。而下輥發(fā)生的負(fù)電荷，由膠帶運(yùn)送到上輥，被上集電梳收集到電極球上，電機(jī)不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，不斷反復(fù)上述過程，從而發(fā)生很高電位。

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范式起電機(jī)如何玩出樂趣？

1.使頭發(fā)豎立：由于人身導(dǎo)電，所以當(dāng)起電機(jī)啟動時(shí)，電荷便傳到身上。因?yàn)轭^發(fā)上的電荷互相排斥，頭發(fā)便豎立起來。

2.吸引發(fā)泡膠球：當(dāng)發(fā)泡膠球移近起電機(jī)的球形罩時(shí)，發(fā)泡膠球中分子內(nèi)的電荷分布將發(fā)生變化。在分子內(nèi)，正負(fù)兩極的電荷被輕微地分離，產(chǎn)生所謂極化的現(xiàn)象。此時(shí)球形罩上的電荷與分子內(nèi)相反的電荷產(chǎn)生微小的吸力，從而吸引整個(gè)發(fā)泡膠球。

3.產(chǎn)生電火花：把接地的金屬小球移近起電機(jī)的球形罩時(shí)，強(qiáng)大的電場使電荷由球形罩躍向金屬小球，在空氣中產(chǎn)生大量離子和電子。因?yàn)殡x子的能態(tài)比不帶電的空氣分子高，所以它們便自發(fā)地釋放能量，產(chǎn)生火花。這是在空氣中的放電現(xiàn)象，例如閃電就是電荷從一片云躍向另一片云或地面的放電現(xiàn)象。

4.產(chǎn)生電風(fēng)：帶電導(dǎo)體的尖面區(qū)域具有較高的表面電荷密度，而電荷密度越高，所產(chǎn)生的電場越強(qiáng)。而強(qiáng)大的電場使尖面周圍的空氣分子電離，空氣中與導(dǎo)體電荷相反的離子或電子被尖面吸引，而那些與導(dǎo)體電荷相同的離子或電子則被尖面排斥到遠(yuǎn)處，這現(xiàn)象稱為尖面效應(yīng)。離子運(yùn)動時(shí)拖動空氣分子，產(chǎn)生電風(fēng)，可使扇葉轉(zhuǎn)動。

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”?；鸹ǚ烹姇r(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，因此放電之后兩極間的電壓迅速降低，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，所以火花放電是間斷發(fā)生的。