維氏起電機

維氏起電機

維氏起電機,一般解釋為一種能連續取得並可積累較多正、負電荷的實驗裝置。

作用

維氏起電機維氏起電機

感應起電機是一種能連續取得並可積累較多正、負電荷的實驗裝置。萊頓瓶是個電容,用來儲電。感應起電機在左右各有一萊頓瓶,兩萊頓瓶集聚不同種電荷,作為電源的正負極。

當順時針搖動轉輪上的搖柄時,由於在靜電序列中鋁排在銅之前,所以在圓盤轉動時鋁片與電刷上的銅絲摩擦而帶上正電荷,銅絲帶負電荷。如圖:假設剛摩擦時金屬鋁片S1帶電量為Q1,與其在同一直徑上的鋁片S2帶電量為Q2,Q1與Q2有大小之分。圖37-2所示。

當圓盤轉過90°時,S1與反面電刷Bˊ相對,此時S2ˊ、S1ˊ分別與S1、S2相對。假設Q1>Q2,由於S1ˊ與S2ˊ之間有電刷連線,會引起自由電子移動,使得S1ˊ帶正電荷,S2ˊ帶負電荷,圖37-2(b)。

當圓盤再轉過45°時,S1、S2分別順時針轉至與電極相接的懸空電刷E2、E1處,並在該處放電使E1、E2帶正電荷,這些正電荷又被積聚在萊頓瓶C1、C2中,圖37-2(c)。

當圓盤再轉過45°即S1轉到與正面電刷B相對應時, S1與S1ˊ相對,S2與S2ˊ相對,剛經過放電的S1與S2恰好不再帶有電荷。S2ˊ帶負電使得S2感應帶正電,又由於與金屬刷上銅絲摩擦也使它帶正電,在二者共同作用下S2帶上了正電荷;對於S1來說,S1ˊ上的正電荷使其感應帶負電荷,由於金屬刷的連線作用,S2所帶的正電荷會導致電子移動(如圖37-3)使S1帶負電,這樣,雖然有摩擦產生的正電荷也會被以上兩種作用所產生的負電荷抵消,因此S1還是帶負電荷,圖37-2(d)。

維氏起電機維氏起電機

圓盤再轉過45°時,S1ˊ與S2ˊ恰好分別轉到懸空電刷E2ˊ與E1ˊ處。帶正電的S1ˊ在E2ˊ處放電後不再帶電,E2ˊ上的負電荷被中和使E2ˊ帶正電,這些正電荷被萊頓瓶C2積聚到放電叉T2的放電小球上;帶負電的S2ˊ在E1ˊ處放電後也不再帶電,且E1ˊ上的正電荷被中和使E1ˊ帶負電,這些負電荷被萊頓瓶C1積聚到放電叉T1的放電小球上,圖37-2(e)。

如果圓盤又轉過45°,S1又與S2ˊ相遇,S2與S1ˊ相遇,且此時S1﹑S2與反面電刷Bˊ相對,S1ˊ﹑S2ˊ分別在E2、E1處放電後不再帶電。此時的電荷變化與過程(d)相似, 因此與S1相對的S2ˊ帶正電荷, 與S2相對的S1ˊ帶負電荷,圖37-2(f)。

當圓盤再轉過45°,此時S1﹑S2恰好分別轉到懸空電刷E1﹑E2處。S1在E1處放電使得負電荷被積聚到放電叉T1的放電小球上,S2在E2處放電使得正電荷被積聚到放電叉T2的放電小球上,圖37-2(g)。之後轉動搖柄,電荷的變化情況將重複過程(c)~(g),由於兩盤的逆向旋轉,轉至與電極相接的懸空電刷E2、E2ˊ處的金屬片將全部帶正電,轉至與電極相接的懸空電刷E1、E1ˊ處的金屬片將全部帶負電。萊頓瓶C2感應到放電小球T2上的正電荷會越來越多,而被萊頓瓶C1感應到放電小球T1上的負電荷也會越來越多,當小球聚集一定電荷時,就會產生放電現象。在萊頓瓶蓋內放電叉與懸空電刷之間的空氣也會被電離,使放電叉與懸空電刷在短時間內相當於一個導體,將事先聚集在萊頓瓶中的電荷大部分中和之後,再一次重複上述過程。

但是,起電機並不是從一開始就可以放電的,因為空氣被擊穿需要一定的電壓,這就需要積聚一定的電荷,而放電叉T1、T2上電荷的積累需要一定時間,所以當起電機長時間不用後要搖動搖柄一定時間後T1、T2間的電壓才能達到空氣的擊穿電壓而產生放電現象。

那么,反向轉動搖桿時是否也會達到相同的效果呢?回答是否定的,因為反轉時雖然起電機原理和正轉一樣,但由於正反兩面的鋁片在摩擦起電後都沒有再經過另一側電刷,而是直接在懸空電刷處放電,使兩個萊頓瓶帶有同種電荷,因此不會放電。

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