范式起電機簡介

范式起電機，即范德格拉夫起電機（Van de Graaff generator），又稱范德格拉夫加速元件，是一種用來產生靜電高壓的裝置。該裝置于1929年由荷蘭裔美國物理學家羅伯特·杰米森·范德格拉夫發(fā)明。范德格拉夫起電機通過傳送帶將產生的靜電荷傳送到中空的金屬球表面。范德格拉夫起電機非常易于獲得非常高的電壓，現(xiàn)代的范德格拉夫起電機電勢可達500萬伏特。

范式起電機介紹

開始上輥與膠帶摩擦而發(fā)生的負電荷，被上輥旁的上集電梳所收集到電極球上。同時膠帶與上輥摩擦而發(fā)生的正電荷，由膠帶輸送到下輥，被下輥旁的下集電梳收集入地。而下輥發(fā)生的負電荷，由膠帶運送到上輥，被上集電梳收集到電極球上，電機不停地運轉，不斷反復上述過程，從而發(fā)生很高電位。

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范式起電機如何玩出樂趣？

1.使頭發(fā)豎立：由于人身導電，所以當起電機啟動時，電荷便傳到身上。因為頭發(fā)上的電荷互相排斥，頭發(fā)便豎立起來。

2.吸引發(fā)泡膠球：當發(fā)泡膠球移近起電機的球形罩時，發(fā)泡膠球中分子內的電荷分布將發(fā)生變化。在分子內，正負兩極的電荷被輕微地分離，產生所謂極化的現(xiàn)象。此時球形罩上的電荷與分子內相反的電荷產生微小的吸力，從而吸引整個發(fā)泡膠球。

3.產生電火花：把接地的金屬小球移近起電機的球形罩時，強大的電場使電荷由球形罩躍向金屬小球，在空氣中產生大量離子和電子。因為離子的能態(tài)比不帶電的空氣分子高，所以它們便自發(fā)地釋放能量，產生火花。這是在空氣中的放電現(xiàn)象，例如閃電就是電荷從一片云躍向另一片云或地面的放電現(xiàn)象。

4.產生電風：帶電導體的尖面區(qū)域具有較高的表面電荷密度，而電荷密度越高，所產生的電場越強。而強大的電場使尖面周圍的空氣分子電離，空氣中與導體電荷相反的離子或電子被尖面吸引，而那些與導體電荷相同的離子或電子則被尖面排斥到遠處，這現(xiàn)象稱為尖面效應。離子運動時拖動空氣分子，產生電風，可使扇葉轉動。

范式起電機的起電原理

火花放電原理

起電機金屬球相當于一個電容器，這個電容器可視為兩個同心球殼構成，一個球殼半徑是R ；另一個球殼半徑為無窮大，兩球殼組成的電容器容量是C=4πε0R。集電梳作用就是給這個電容器不斷充電。大球帶上足夠的負電荷后，將小球靠近大球，可看到明亮的電火花同時聽到爆鳴聲，即發(fā)生了“火花放電”?；鸹ǚ烹姇r碰撞電離并不是發(fā)生在兩個電極之間的整個區(qū)域，而是發(fā)生在狹窄曲折的閃光通道中?？諝鈸舸┖笸蝗挥山^緣體變?yōu)閷w，兩個電極上的電荷很快中和，因此放電之后兩極間的電壓迅速降低，火花放電很快停止。需要等待起電機繼續(xù)起電，當兩極間的電壓又升到一定數(shù)值方能再次看到火花放電，所以火花放電是間斷發(fā)生的。