现在科技迅速在发展当中,本文我们为大家深入讲解感应起电机的历史、原理和操作方法的应用场合和感应起电机的历史、原理和操作方法与目前国内其他产品相比的优势,希望对大家有所帮助。
1882年,英国维姆胡斯创造了圆盘式静电感应起电机,其中两同轴玻璃圆板可反向高速转动,摩擦起电的效率很高,并能产生高电压。这种起电机一直沿用至今,在各中学的物理课堂上作电学演示实验时,就经常用到它。
摩擦起电机的出现,这种由人工产生的新奇电现象,引起了社会广泛的关注,不仅一些王公贵族观看和欣赏电的表演,连一般老百姓也受到吸引。整个社会都对电现象感兴趣,普遍渴望获得电的知识。电学讲座成为广泛的要求,演示电的实验吸引了大量的观众,甚至大学上课时的电学演示实验,公众都挤过去看,以至达到把大学生都挤出座位的地步。摩擦起电机的出现,也为实验研究提供了电源,对电学的发展起了重要的作用。
感应起电机是一种能连续取得并可积累较多正、负电荷的实验装置。感应起电机所产生的电压较高,与其他仪器配合后,可进行静电感应、雷电模拟实验、演示尖端放电等有关静电现象的实验。
感应起电机如图12-10所示,使用感应起电机前,必须先进行目测各部件是否完好,紧固件是否松动,如发现故障要待排除后才能使用。对起电机目测时要注意以下几点:
(l)两电刷应互成90度夹角,各与横梁成45度。
(2)集电杆的电梳的尖针不能触及起电圆盘。
(3)电刷与金属箔片的接触要可靠。
(4)两传动皮带的其中一根在传动轮间交叉安装,以使两起电圆盘工作时反向旋转。
使用感应起电机时要保持室内空气干燥无尘污,如空气潮湿或低温季节,圆盘表面会形成一层水雾,该水雾与圆盘表面的尘埃等杂质形成导电层,从而影响实验的效果。
为了克服上述原因造成的起电机不起电的现象,可事先把起电机放在阳光下照射片刻,也可用红外线灯或自制的烘箱进行烘烤,烘烤的温度在圆盘处不得超过40℃。
操作起电机时,动作要缓和,由慢到快,但速度不能太快,以防起电机发生共振而损坏机件。
起电机带电后(包括刚停止摇动时),集电杆等处会集结电荷,这时人体各部分如不慎触及,就会产生电击的强烈刺激。但是,起电机所带的电虽电很高(约几万伏),但其电流却极小,一般仅几个微安,对人体无多大危害。
起电机使用完毕应罩上防尘的塑料袋,并存放在干燥的橱内。
感应起电机正转、反转状态下的工作原理
由于在静电序列中铝排在铜之前,所以在圆盘转动时铝片与电刷上的铜丝摩擦而带上正电荷,铜丝带负电荷。如图:假设刚摩擦时金属铝片S1带电量为Q1,与其在同一直径上的铝片S2带电量为Q2,Q1与Q2有大小之分。
当圆盘转过90°时,S1与反面电刷Bˊ相对,此时S2ˊ、S1ˊ分别与S1、S2相对。假设Q1>Q2,由于S1ˊ与S2ˊ之间有电刷连接,会引起自由电子移动,使得S1ˊ带正电荷,S2ˊ带负电荷。
当圆盘再转过45°时,S1、S2分别顺时针转至与电极相接的悬空电刷E2、E1处,并在该处放电使E1、E2带正电荷,这些正电荷又被积聚在莱顿瓶C1、C2中。
当圆盘再转过45°即S1转到与正面电刷B相对应时, S1与S1ˊ相对,S2与S2ˊ相对,刚经过放电的S1与S2恰好不再带有电荷。S2ˊ带负电使得S2感应带正电,又由于与金属刷上铜丝摩擦也使它带正电,在二者共同作用下S2带上了正电荷;对于S1来说,S1ˊ上的正电荷使其感应带负电荷,由于金属刷的连接作用,S2所带的正电荷会导致电子移动(如图4)使S1带负电,这样,虽然有摩擦产生的正电荷也会被以上两种作用所产生的负电荷抵消,因此S1还是带负电荷。
圆盘再转过45°时,S1ˊ与S2ˊ恰好分别转到悬空电刷E2ˊ与E1ˊ处。带正电的S1ˊ在E2ˊ处放电后不再带电,E2ˊ上的负电荷被中和使E2ˊ带正电,这些正电荷被莱顿瓶C2积聚到放电叉T2的放电小球上;带负电的S2ˊ在E1ˊ处放电后也不再带电,且E1ˊ上的正电荷被中和使E1ˊ带负电,这些负电荷被莱顿瓶C1积聚到放电叉T1的放电小球上。
如果圆盘又转过45°, S1又与S2ˊ相遇,S2与S1ˊ相遇,且此时S1﹑S2与反面电刷Bˊ相对,S1ˊ﹑S2ˊ分别在E2、E1处放电后不再带电。此时的电荷变化与过程(4)相似, 因此与S1相对的S2ˊ带正电荷, 与S2相对的S1ˊ带负电荷。
当圆盘再转过45°,此时S1﹑S2恰好分别转到悬空电刷E1﹑E2处。S1在E1处放电使得负电荷被积聚到放电叉T1的放电小球上,S2在,E2处放电使得正电荷被积聚到放电叉T2的放电小球上。之后转动摇柄,电荷的变化情况将重复过程(3)~(7),由于两盘的逆向旋转,转至与电极相接的悬空电刷E2、E2ˊ处的金属片将全部带正电,转至与电极相接的悬空电刷E1、E1ˊ处的金属片将全部带负电。莱顿瓶C2感应到放电小球T2上的正电荷会越来越多,而被莱顿瓶C1感应到放电小球T1上的负电荷也会越来越多,当小球聚集一定电荷时,就会产生放电现象。在莱顿瓶盖内放电叉与悬空电刷之间的空气也会被电离,使放电叉与悬空电刷在短时间内相当于一个导体,将事先聚集在莱顿瓶中的电荷大部分中和之后,再一次重复上述过程。
但是,起电机并不是从一开始就可以放电的,因为空气被击穿需要一定的电压,这就需要积聚一定的电荷,而放电叉T1、T2上电荷的积累需要一定时间,所以当起电机长时间不用后要摇动摇柄一定时间后T1、T2间的电压才能达到击穿电压而产生放电现象。
反向转动摇杆时是否也会达到相同的效果呢?回答是否定的,因为反转时虽然起电机原理和正转一样,但由于正反两面的铝片在摩擦起电后都没有再经过另一侧电刷,而是直接在悬空电刷处放电,使两个莱顿瓶带有同种电荷,因此不会放电。
综上所述,本文已为讲解感应起电机的历史、原理和操作方法,相信大家对感应起电机的历史、原理和操作方法的认识越来越深入,希望本文能对各位读者有比较大的参考价值。
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