维氏起电机
双击自动滚屏 发布者:物理实验中心 发布时间:2016/5/6 阅读:296

维氏起电机

  发表日期:2006年2月27日   出处:演示实验室    编辑:呼格吉乐     【编辑录入:hgjl】

 


 
 

【实验原理】

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。莱顿瓶是个电容,用来储电。感应起电机在左右各有一莱顿瓶,两莱顿瓶集聚不同种电荷,作为电源的正负极。

当顺时针摇动转轮上的摇柄时,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Q2Q1Q2有大小之分。图37-2所示。

当圆盘转过90°时,S1与反面电刷B'相对,此时S2'S1'分别与S1S2相对。假设Q1Q2,由于S1'S2'之间有电刷连接,会引起自由电子移动,使得S1'带正电荷,S2'带负电荷,图37-2b)。

当圆盘再转过45°时,S1S2分别顺时针转至与电极相接的悬空电刷E2E1处,并在该处放电使E1E2带正电荷,这些正电荷又被积聚在莱顿瓶C1C2中,图37-2c)。

当圆盘再转过45°S1转到与正面电刷B相对应时, S1S1?相对,S2S2'相对,刚经过放电的S1S2恰好不再带有电荷。S2?带负电使得S2感应带正电,又由于与
 


 

 

37-2

37-3
 


 
 

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,S1'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37-3)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,图37-2d)。

圆盘再转过45°时,S1'S2'恰好分别转到悬空电刷E2?E1?处。带正电的S1'E2'处放电后不再带电,E2?上的负电荷被中和使E2'带正电,这些正电荷被莱顿

C2积聚到放电叉T2的放电小球上;带负电的S2'E1'处放电后也不再带电,且E1'上的正电荷被中和使E1?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,图37-2e)。

如果圆盘又转过45°S1又与S2'相遇,S2S1'相遇,且此时S1', S2与反面电刷B'相对,S1' S2'分别在E2E1处放电后不再带电。此时的电荷变化与过程(d)相似, 因此与S1相对的S2?带正电荷, S2相对的S1?带负电荷,图37-2f)。

当圆盘再转过45°,此时S1', S2恰好分别转到悬空电刷E1' E2处。S1E1处放电使得负电荷被积聚到放电叉T1的放电小球上,S2E2处放电使得正电荷被积聚到放电叉T2的放电小球上,图37-2g)。之后转动摇柄,电荷的变化情况将重复过程(c~g),由于两盘的逆向旋转,转至与电极相接的悬空电刷E2E2'处的金属片将全部带正电,转至与电极相接的悬空电刷E1E1'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T1T2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T1T2间的电压才能达到空气的击穿电压而产生放电现象。

那么,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。

 

1.【仪器名称、型号】维氏起电机,包括由起电盘、放电球、莱顿瓶、感应电刷、皮带轮、集电梳、连接片,起电圆盘涂有许多片铝箔,如图37-1所示。

 

2.【仪器的性能参数】

3.【仪器用途描述】演示起电现象,了解产生电荷的原理及其应用,观察电容器(莱顿瓶)的电容量的变化情况。

【实验操作与现象】

1.把起电机放电球调整到合适的位置,摇动圆盘把手,当两个起电盘快速旋转时,放电叉的球部分别聚集起不同电性的大量电荷,而形成火花放电。注意观察放电现象。

2.将两个莱顿瓶外面导电层用连接片相连,注意观察放电火花明亮程度,同时发现两次放电间隔的时间加长,这是因为莱顿瓶总电容量增加所致。若把连接片断开,莱顿瓶总电容量减少了,此时得到的放电火花较小,明亮程度与连接时比较,两次放电间隔的时间也缩短了,这就看清楚电容量的变化情况。

3.把放电球分开,用连接线与静电实验相连,观察实验现象。(参考相应的静电实验)

【注意事项】

1.起电盘应放在干燥及清洁的地方。

2.两电刷应互成90度夹角,各与横梁成45度。集电杆的电梳针尖不能触及起电圆盘。

3.电刷与金属铂片的接触要可靠。

4.两个传动皮带的其中一根在传动间交叉安装,以使两起电圆盘工作时反向旋转。

5.操作起电机时,动作要缓和,由慢到快,但速度不能太快,过快了会影响中和电刷与导电层接触,反而不能起电,也容易损坏起电盘。摇转停止时亦需慢慢进行,可松开手柄靠摩擦作用使其自然减慢,以防起电盘由于惯性从转动轴上松脱。

6.起电机带电后和停止摇动时,由于集电杆等处带有电荷,操编辑不要触摸实验设备,应将两个放电球接触,进行正负电荷中和,

7.两放电球接触后不能再转动摇把手,避免两个起电盘上所有导电层正负电荷完全中和,不能再起电。

8.起电盘和莱顿瓶中的导电层切不可碰伤、划痕、粘水受潮。转动轴要常加润滑油。

4.【可参与的实验项目】维氏起电机演示实验

5.【存放的实验室门牌号】2120

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