范德格拉夫起电机

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范德格拉夫起电机是一台利用滑动的皮带去累积非常高的静电电压到空心金属罩的机器。

罗拔范德格拉夫 (Robert Van de Graaff, 1901-1967) 是美国的物理学家和仪器制造者。约于1930年,他建造了第一台类似的起电机,当时其目的是用来加速原子等粒子,图1。

图1: 罗拔范德格拉夫和早期的范德格拉夫起电机

在范德格拉夫起电机内,一条滑动皮带套在起电机底部的一个塑胶滚轴上,图2。当马达带动滚轴转动时,皮带与滚轴发生摩擦并使滚轴带有负电荷。当滚轴持续转动时,其负电荷会一直累积,并在滚轴下方的尖锐金属刷上感应出正电荷。滚轴和金属刷间的电场持续增加并使金属刷附近的空气分子电离。电离后的空气正离子会受金属刷的排斥而依附在皮带的表面,这些正离子被皮带带到上方的空心圆顶 (起电机的金属罩)。同样地,在起电机的上方透过空气电离及尖锐金属刷,正电荷将会转移到金属罩上。这样会使得大量的正电荷积存在金属罩上,并使它的电位增加。

图2: 范德格拉夫起电机的基本结构

当我们把金属棒靠近金属罩,若它们之间电位差达到每公分约30000伏特,而空气又较为旱燥时,金属棒及金属罩之间就会产生电流并由金属罩流向金属棒,此时我们就会看见火花的产生,图3。

图3: 把金属棒靠近金属罩

如果人们尝试用手触摸金属罩,他们的头发将会竪起,图4,这是因为每根头发由金属罩得到相同的电荷,而互相排斥。

图4

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