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起电机,什么是韦氏起电机,范德格拉夫起电机原理,起电机介绍

作者:佚名    文章来源:网络整理    点击数:    更新时间:2024/9/20
起电机  

起电机是一种借助人力或其他动力克服静电力以获得静电的机械,简称起电机。跟一般的 发电机不同,起电机只能产生较高的电压,而由此放电产生的短暂脉冲电流,平均值很小,一般不超过几毫安。

韦氏起电机 

韦氏起电机

范德格拉夫起电机

范德格拉夫起电机

一、 韦氏起电机结构起电机原理起电机应用 韦氏起电机结构

  如下图所示,静电感应起电机旋转盘由两块圆形有机玻璃板叠在一起组成,中间有空隙,每块向外的表面上都贴有铝片,铝片以圆心为中心对称分布。两盘分别与两个受动轮固定,并依靠皮带与驱动轮相连,两根皮带中有一根中间有交叉,转动驱动轮时两盘转向相反。两盘上各有一过圆心的固定电刷,两电刷呈9 0 °,电刷两端的铜丝与铝片密切接触,这样在盘旋转时铜丝、铝片可以摩擦起电。另有与固定电刷成45 °的悬空电刷,悬空电刷的两脚跨过两盘,但并不与两盘接触 ,脚上装有许多尖细铜丝,铜丝尖端指向圆盘上的铝片。悬空电刷由金属杆与莱顿瓶相连。

韦氏起电机结构 

 韦氏起电机

 感应起电机的左右各有一莱顿瓶。莱顿瓶其实是个电容,用来储电。莱顿瓶结构由两层筒状锡箔组成,中间是电介质,上有瓶盖。悬空电刷上的金属杆插入瓶盖,末端由一根较粗铜丝与莱顿瓶内层锡箔筒底相连,这样悬空电刷上所集电荷可以储存在莱顿瓶中。放电小球也通过一金属杆与莱顿瓶盖相接,但不与莱顿瓶中锡箔相连,这样可使其受莱顿瓶内筒电荷感应而带电。两莱顿瓶集聚不同种电荷。两放电小球也被感应出不同种电荷。莱顿瓶集聚电荷足够多时,球间电压可达几万伏,在两球靠近时就会因放电而产生电火花。

韦氏起电机原理

  静电感应起电机是利用静电感应和尖端放电现象,使导体上连续地积累大量电荷及产生高电压的装置。

  下图是起电机原理示意图,为了便于说明,用小、大两圆代表转动圆盘A1和A2,1、2和3、4代表固定电刷B1和B2上的四个刷头。由于射线和其它引起空气电离的因素的作用,空气中经常存在微量离子。设A2盘的铝箔片a偶然获得正电荷,如图(a )。把A 盘上与铝箔片a相对的铝箔片b ,金属杆B1及铝箔片b '看成一个导体,由于静电感应,b带负电而b ' 带正电。设A2盘不动而A1盘顺时针转动,则A1盘上径向的每对铝箔片经与电刷1、2接触时都带上等量异号电荷,转动半周后情况如图(b)所示。注意此时A2 盘上与电刷3 、4接触的一对铝箔片c和C'也因受到A1 盘上d和d'感应而带异号电荷,而且因铝箔片d和d'上都有施感电荷,所以C 和c'上的感应 电荷比图(a)中b 和b'上的感应电荷多。设从现在起A1盘不动而A2盘逆时针转半周,铝箔片上带电情况如图 (c )。注意此时A1盘上的一对铝箔片b、b'带有更多些感应电荷。如此两盘继续转动,其上铝箔片将带电越来越多。由图(d )可见,两盘铝箔片上电荷在一、三象限异号,而二、四象限同号。在二、 四象限放置集电梳D1 和D2 ,利用尖端放电现象,就可不断的从铝箔片上收集正、负电荷,通过金属杆送至电极小球S1和S2上,能使两球间有高达几万伏的电位差。

韦氏起电机原理 

  实际上摇动手柄时,两个圆盘是同时反向转动的,上述讨论仍然适用,只是带电过程更快而已。那么若圆盘转向与如图所示相反,即A1盘逆时针转而A2盘顺时针转时会有什么结果呢?显然这时的二、四象限两盘就会和顺转时的(d )图当中的一、三象限的两盘一样带上异号电荷,这时集电梳D1和D2都同时能够收集到正电荷和负电荷,而它们收集到的净电荷就少多啦,它们之间的电位差也就显着减小,所以无法正常起电。

 

二、范德格拉夫起电机结构原理

范德格拉夫起电机是由美国科学家范德格拉夫 (1901- 1967) 于1931年发明的。起电机以摩擦生电的原理,不断产生大量电荷。图为学校普遍使用的一种模型,内里有一条橡皮带,由胶辘带动运转。当点电极藉摩擦或高电压产生静电,运转的橡皮带便会将电荷不断地传到球形金属罩的内表面。因为电荷之间互相排斥,所以电荷便移动到球形罩的外表面,形成大量电荷积聚在球形罩上。范德格拉夫起电机结构原理 

范德格拉夫起电机的基本构造结构包括一个由丝绸或其他弹性材料制成的带子,它环绕着两个金属滚轮。其中一个是中空的,记为(1),两个电极(2)和(7)分别位于滚轮下方的下滑轮和球体内,电刷(2)连接到球体,而电刷(7)则接地。当带子通过前方的低电刷时,它会捕获负电荷,使得带子本身带有负电(5)。当带子与上部滚轴(3)接触,会释放一些电子,从而使滚轴带负电荷,如果滚轴末端绝缘,这种情况会发生。

这种负电荷产生的电场使得空气被电离。电子从带子转移到上部电刷,使得带子变为正电,因为它的电荷减少。与此同时,上部滚轴由于电磁感应在其表面积累正电荷。当滚轴放电,以及带子的电性反转以恢复中性,这个过程持续进行。带子持续运行,导致球体(1)积累越来越多的正电荷,直到其完全充满。随着球体升高,它所带的电量也随之增加。

范德格拉夫起电机 

在球体内部,带负电的装置(8)被用来释放主球壳上的电荷,形成由电位差引发的火花(9)。这就是范德格拉夫起电机的基本工作原理,通过电荷的转移和积聚,实现电荷的分离和释放。

三、起电机应用

  在历史上,维姆胡斯起电机曾经是产生高电压的重要工具,现在则主要用于课堂演示静电现象及空气中的放电现象。一对约60厘米直径的玻璃盘以 100转/分的速度旋转,大约可以产生50000伏的电压。大型的维姆胡斯起电机可以在空气中产生十多厘米长的电弧,同时发出强烈的噼啪声。 

Tags:起电机,电子实验,莱顿瓶  
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