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范式起電機(jī)簡(jiǎn)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(guó)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(shì)可達(dá)500萬伏特。

范式起電機(jī)的【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】

1.使頭發(fā)豎立：由于人身導(dǎo)電，所以當(dāng)起電機(jī)啟動(dòng)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。（圖片腦補(bǔ)）

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.排斥紙屑。

此外，該實(shí)驗(yàn)?zāi)墚a(chǎn)生高電壓，但能量小，不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生傷害，當(dāng)然自己也可以采用一些安全措施，這個(gè)實(shí)驗(yàn)還是挺有趣的。

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”。火花放電時(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。空氣擊穿后突然由絕緣體變?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。

范式起電機(jī)——故障排除方法介紹

起電機(jī)正常工作但起電量較小

這也是經(jīng)常發(fā)生的故障，造成故障的原因可能來自幾個(gè)方面。一是自激梳的位置發(fā)生偏移。由前文分析可知，集電梳就是一排整齊的金屬尖針，而金屬尖針緊密連續(xù)的排列就等同于金屬刀片。電荷自激原理告訴我們，集電梳可以實(shí)現(xiàn)下滾輪的正電荷通過尖面放電原理產(chǎn)生的負(fù)電荷，且附著于傳送帶而上行。因此自激梳如果出現(xiàn)偏移就不能很好地發(fā)揮電荷自激裝置的作用，起電機(jī)只能產(chǎn)生微弱的靜電荷。可以仔細(xì)地調(diào)整自激梳到“合適位置”----使得自激梳盡量靠近傳送帶但不要碰觸傳送帶；二是集電梳的位置發(fā)生偏移。集電梳如果與傳送帶距離太大即不能很好地收集靜電荷；集電梳如果與傳送帶的距離過近則容易劃傷傳送帶，也不能正常地收集靜電荷。可以通過反復(fù)仔細(xì)的調(diào)節(jié)集電梳的左右兩側(cè)螺母使其到達(dá)合適位置，這里的“合適位置”與自激梳的要求相同；三是前面說到的潮濕問題以及儀器不清潔問題也是造成起電機(jī)電荷量小的原因。