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1、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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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。放电现象带电物体失去电荷的现象叫做放电.常见的放电现象有以下几种:1.接地放电地球是良好的导体,由于它特别大,所以能够接受大量电荷而不明显地改变地球的电势,这就如同从海洋中抽水或向海洋中放水,并不能明显改变海平面的高度一样.如果用导线将带电导体与地球相连,电荷将从带电体流向地球,
7、直到导体带电特别少,可以认为它不再带电。(如果导体带正电,实际上是自由电子从大地流向导体。这等效于正电荷从导体流向大地。)生产中和生活实际中往往要避免电荷的积累,这时接地是一项有效措施.2.尖端放电通常情况下空气是不导电的,但是如果电场特别强,空气分子中的正负电荷受到方向相反的强电场力,有可能被“撕”开,这个现象叫做空气的电离。由于电离后的空气中有了可以自由移动的电荷,空气就可以导电了。空气电离后产生的负电荷就是电子,失去电子的原子带正电,叫做正离子。由于同种电荷相互排斥,导体上的静电荷总是分布在表面
8、上,而且一般说来分布是不均匀的,导体尖端的电荷特别密集,所以尖端附近空气中的电场特别强,使得空气中残存的少量离子加速运动。这些高速运动的离子撞击空气分子,使更多的分子电离。这时空气成为导体,于是产生了尖端放电现象.尖端放电在技术上有重要意义.高压输电导线和高压设备的金属元件,表面要很光滑,为的是避免因尖端放电而损失电能或造成事故。3.火花放电当高压带电体与导体靠得很近时,强大的电场会使它们之间的空气瞬间电离,电荷通过电离的空气形成电流.由于电流特别大,产