开尔文滴水起电机

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1、万方数据第26卷第3期2008年7月沈阳师范大学学报(自然科学版)JournalofShenyangNormalUniwersity(NaturalScience)V01．26．No．3Jd．2008文章编号：1673—5862(2008)03—0303—03开尔文滴水起电机的简易装置与实验研究高朋，周腾蛟(沈阳师范大学物理科学与技术学院，辽宁沈阳110034)摘要：介绍了一种利用简易材料制作的开尔文滴水起电装置，并根据多次对比实验的观察结果，讨论了影响其起电效果的各种因素及改进办法．关键词：滴水起电机；静电起电；感应圈

2、中图分类号：O441文献标识码：A0引言开尔文滴水起电机是借助带电水滴转移和积累电荷的静电起电装置，它蕴含着丰富的实验思想，现象新奇有趣，将其用于教学演示可以有效地培养学生学习的兴趣以及分析物理问题的能力．麦克斯韦曾说过，实验的教育价值，往往与仪器的复杂性成反比，作者探索了一种十分简单的制作方法，其特点是成本低廉、材料易得，加工简单，更适于在广大青少年学生中推广与自制．多次试验结果表明，在干燥的环境下，起电效果十分显著．1原理简述开尔文滴水起电机的传统装置如图1所示．仪器的上部有一贮水装置A，其下部接三通导管B，水沿导管

3、B漏下后分为两个支路，C端和D端装有控水夹，下面再接一锥形管，可使水滴从尖端向下滴，E，F为两个金属圆筒，水滴可从筒的中心穿过，G，H为两个盛接滴水的铝锅，用导线把金属圆筒E，F与铝锅交叉连接．由于空气中带电粒子在铝锅上附着的涨落，设某一时刻的涨落使G的电位略高于H．由于静电感应，D端尖部水滴带负电，C端尖部水滴带正电．下落的水滴携带电荷落．入铝锅中，立即流向铝锅的外表面，与之相连的金属筒的电位不断提高，进而强化了导管B中水柱的静电感应，使每滴水携带的电量更多，不断循环这一正反馈过程，使2个铝锅之间的电位差不断提高．2制

4、作方法图1开尔文滴水起电机关于开尔文滴水起电机的制作方法，国内学者有过一些论述．其中存在的一些问题就是加工略显复杂，实验不易成功，所用材料也不十分易得．下面介绍一种仅仅利用一些简单的生活易得品即可制作的方法，效果十分明显．，2．1制作材料一次性输液器2支(药店有售)，家用电线若干，废旧饮料瓶若干，泡沫板1块，筷子2支．收稿日期：2007—10．10基金项目：辽宁省自然科学基金资助项目(20072056)；沈阳师范大学教改项目(JG2007一YA035)．作者简介：高朋(1981一)，男，辽宁盘锦人，沈阳师范大学教师，硕士

5、。万方数据304沈阳师范大学学报(自然科学版)第26卷2．2制作过程1)滴水装置贮水罐：可将大饮料瓶去底，在瓶盖上钻两个孔，孔的直径要略小于输液管的直径．滴水管和滴水开关：将两个一次性输液器中带有控制阀的那部分输液管截取适当的长度，再将接于最上端的硬塑料锥形导管取下，接在控制阀下端的输液管中，作为滴水的尖端．支架：在一个大饮料瓶两侧适当高度的对称位置分别钻一个孔，将控制阀上端的输液管分别插入孔中，并从瓶口伸出，再将这两个输液管分别插入贮水罐瓶盖的两孔中，将贮水罐的瓶盖与大饮料瓶口固定．再在大饮料瓶两侧对称位置分别钻上下2

6、个孔，此2孔要略低于输液管伸出的位置，将2支筷子分别穿过2孔，控制阀可固定在筷子的两端．2)感应圈与盛水筒感应圈可用家用电线绕成线圈，并将一端多留出一截，穿过大饮料瓶，分别伸入另一侧的盛水筒底．调整线圈的位置使之中心位于锥形管的下端，线圈的上沿略低于锥形管，然后将线圈固定住．盛水筒可用大饮料瓶上截取下来的下半部分，分别放于感应圈的下端．如果饮料瓶支架高度不够，可用一个截掉了上半部分的饮料瓶将其垫高．3)绝缘底座裁切一长方形塑料泡沫作为底座，将上述设备放于其上．2．3效果演示将一验电器与感应圈连接，慢慢调节控制阀，使滴水管

7、口处形成水滴流，不久就可观察到水花飞溅，形成伞状，验电器因带电而张开．制作简图及照片如图2、图3所示．图2装置简图圈3装置照片3研究与讨论前面提到2个接水桶间的电势差按时间的指数率增长，从理论上其效率是非常高的．但是，实验证明，滴水起电是有一定限制的，因为很多因素会影响其起电的效果，下面分别进行讨论．3．1绝缘问题制作开尔文滴水起电机面临的绝缘问题主要包括感应圈和接水桶与地之间的绝缘．所用的感应圈是带着绝缘皮的电线，将电线的一端直接伸入另一侧的接水桶，另一端绕成线圈并通过绝缘支架支撑，因此不存在漏电问题；为了解决接水桶与

8、地绝缘的问题，进行了多次的试验．首先用两个铝盆作为接水桶，泡沫作为底座进行了实验，验电器的张角很小，不久便又闭合．可见，铝盆的底部漏电十分严重．为此，换了另一套方案进行对比实验，即用绝缘的塑料饮料瓶的下半部分作为接水桶，交叉线直接伸人桶中，使水与交叉线露出的一小截导体部分直接接触，同用样泡沫作为底座，经试验，起电效果