范氏起電機是靜電理論知識綜合實踐應用的范例,掌握了范氏起電機的結構和工作原理后不難排除起電機的常見故障。結合我們在教學實驗中遇到的故障及排除方法做出概括性陳述。
電動機不轉或旋轉無力
范氏起電機一般使用電容啟動式單相交流電動機驅動滾輪轉動,使用日久后啟動電容器容易漏電變質甚至完全損壞,此時出現電動機旋轉無力或者只有交流聲而不旋轉的現象。可照原來電容器的容量和耐壓數值購買新的電容器并且更換。
火花放電原理
起電機金屬球相當于一個電容器,范式起電機,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,即發生了“火花放電”。火花放電時碰撞電離并不是發生在兩個電極之間的整個區域,而是發生在狹窄曲折的閃光通道中。空氣擊穿后突然由絕緣體變為導體,兩個電極上的電荷很快中和,范式起電機報價,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起電,當兩極間的電壓又升到一定數值方能再次看到火花放電,所以火花放電是間斷發生的。
電荷自激原理
摩擦起電的電荷量太小,范式起電機價格,不能使金屬球帶上足夠多的靜電荷,大球與小球之間不能產生---的火花放電。因此儀器還需要電荷的自激機制。下滾輪、傳送帶、自激梳三者構成了電荷自激系統。在摩擦起電的過程中,范式起電機,負電荷被傳送帶源源不斷地運走,但正電荷只能---在下滾輪,而且越聚越多。這樣下滾輪正電荷的面密度就---高于傳送帶的負電荷的面密度,因此正電荷是矛盾的主要方面:下滾輪周圍空間的電場就是正電荷形成的---電場。在正電荷電場作用下導致自激梳發生尖面放電,由于傳送帶的中介隔離作用,尖面放電放出的負電荷不能與下滾輪的正電荷相遇中和,這些負電荷只能吸附于傳送帶且被上行的傳送帶帶走。運轉一定時間后,下滾輪的帶電荷增加量與泄漏量達到動態平衡。一定量的正電荷通過自激梳的尖面放電可產生的負電荷,這就是范氏起電機的電荷自激原理。實驗表明:取下自激梳僅依靠摩擦電荷對金屬球充電它只能帶有微弱電荷。