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起电机
阅读:13247时间:2010-12-31 11:22:06

  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。

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,铜丝指向圆盘上的铝片。悬空电刷由金属杆与莱顿瓶相连。

起电机结构

  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。

原理

  静电感应起电机是利用静电感应和放电现象,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。

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。

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。

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