范德格拉夫起電機

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范德格拉夫起電機是一台利用滑動的皮帶去累積非常高的靜電電壓到空心金屬罩的機器。

羅拔范德格拉夫 (Robert Van de Graaff, 1901-1967) 是美國的物理學家和儀器製造者。約於1930年，他建造了第一台類似的起電機，當時其目的是用來加速原子等粒子，圖1。

圖1: 羅拔范德格拉夫和早期的范德格拉夫起電機

在范德格拉夫起電機內，一條滑動皮帶套在起電機底部的一個塑膠滾軸上，圖2。當馬達帶動滾軸轉動時，皮帶與滾軸發生摩擦並使滾軸帶有負電荷。當滾軸持續轉動時，其負電荷會一直累積，並在滾軸下方的尖銳金屬刷上感應出正電荷。滾軸和金屬刷間的電場持續增加並使金屬刷附近的空氣分子電離。電離後的空氣正離子會受金屬刷的排斥而依附在皮帶的表面，這些正離子被皮帶帶到上方的空心圓頂 (起電機的金屬罩)。同樣地，在起電機的上方透過空氣電離及尖銳金屬刷，正電荷將會轉移到金屬罩上。這樣會使得大量的正電荷積存在金屬罩上，並使它的電位增加。

圖2: 范德格拉夫起電機的基本結構

當我們把金屬棒靠近金屬罩，若它們之間電位差達到每公分約30000伏特，而空氣又較為旱燥時，金屬棒及金屬罩之間就會產生電流並由金屬罩流向金屬棒，此時我們就會看見火花的產生，圖3。

圖3: 把金屬棒靠近金屬罩

如果人們嘗試用手觸摸金屬罩，他們的頭髮將會竪起，圖4，這是因為每根頭髮由金屬罩得到相同的電荷，而互相排斥。

圖4

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