雅各的天梯

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雅各的天梯是一个能够产生电弧的仪器,它有一个由两电杆所组成的 "V" 型电极装置。两电杆之间的空隙在底部是最小的;愈往上方,空隙愈大,因而两电杆呈"V"型,见图1。

图1: 雅各的天梯的基本结构

空气在一般情况下是绝缘体,要使空气变成导体就必须经过介电崩溃的过程。若每公分之空气间达到三万伏特的电压,空气被离子化,由绝缘体变成导体。在雅各的天梯中,当两电杆的底部之间的电压达到三万伏特时,介电崩溃就会发生。

在高电压的作用下,电弧在电杆之间的底部形成并随著电杆间的热空气上升而向上行进。当电弧的长度逐渐增加时,它的功率损耗也会随之而增加。一旦两电杆之间的电压差不足以维持电弧的形成时,电弧便会熄灭并在电杆的底部重新形成,这个过程会重覆若干次。

闪电是自然界中的介电崩溃过程,当云层和地面积聚足够的相反电荷时,它们之间会存在非常高的电位差。这个电位差能够使空气离子化并可以导电,这个过程会产生一个巨大的火花,我们称之为闪电,见图2。

图2: 闪电的原理

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