这期间,一位名叫努思的科学家注意到,当起电机在黑暗中工作时,在旋转筒离开摩擦物的地方会出现发光放电;于是,他认识到,所产生的电有许多又返回摩擦垫,根本未达到集电器,更不能为莱顿瓶所储存。因此,努思就在摩擦垫的筒离开它的那一面装上一个由经蜜蜡处理的多层丝织物构成的非导电盖片。由于吸引作用,这丝片便贴在圆筒上,作为防止电返回摩擦垫的屏障。努思还用一个导电盖片把摩擦垫的另一面与金属底座连接起来,从而便于电向圆筒受激处流动.这一改进较大的增强了静电的产生.
虽然到十九世纪,电学飞速发展,可是科学家们仍未忘记起电机,他们仍然在研究它,在1882年,英国维姆胡斯创造性的发明了圆盘式静电感应起电机,这是一次巨大的飞跃,它是利用两同轴玻璃圆板的反向高速转动,产生极强、极高压的电量,并且摩擦起电的效率很高。这种起电机一直沿用至今,现在各中学的物理课堂上作电学演示实验时,就是用维姆胡斯发明的圆盘式静电感应起电机。
这种起电机,其效力和威力都有了很大提高,能够产生非常强的电火花。
在历史上,维姆胡斯起电机曾经是产生高电压的重要工具,现在则主要用于课堂演示静电现象及空气中的放电现象。一对约60厘米直径的玻璃盘以100转/分的速度旋转,大约可以产生50000伏的电压。大型的维姆胡斯起电机可以在空气中产生十多厘米长的刺目电弧,同时发出强烈的噼啪声,非常的漂亮和吸引人。
日期:2011-10-10 09:11:34
7.2 尖端放电
起电机与莱顿瓶的进一步完善,使得电磁学又有了新的发现.
1709年, 豪克斯贝做了一个类似于格里克的摩擦起电机, 不过比格里克做出的第一台起电机要先进的多,豪克斯贝以玻璃球代替了格里克的硫磺球。豪克斯贝的机器是一个抽空的直径约九英寸的密封中空玻璃球,绕一根轴快速旋转。
第二项改进是:起电机的速度增加了. 豪克斯贝用一个大轮带动一个小轮使得球转得更快, 他计算球的线速度达到29英尺/秒, 当用毛皮摩擦球时, 强烈的放电会使球发出绿光。当他把脸贴近带电球时,甚至会感觉到有一股微风吹来。
当时, 豪克斯贝虽然发现当他把脸贴近带电球时,甚至会感觉到有一股微风吹来,但他猜测会不会是一种错觉?后来也就没在意,没有继续研究.
在选择导电材料时, 在修道院研究电学的老人格雷在偶然中发现:如果悬挂起一根由丝线两端穿过的铁钉,并让它与一根带电玻璃管相接触,铁钉会瞬间闪出强烈的光,并发出声响,而这种声响与雷电的声音没有区别,同时他似乎也感觉到一股微风.
再到后来,德国格但斯克市的市长格雷拉特在研究莱顿瓶放电时,由于不可能只做导电男孩实验,一般情况下是以金属管为实验对象,其中有时也用到尖尖的钉子,一次,他在晚上做放电实验时,在电火花出现的同时,蜡烛忽然灭了, 格雷拉特很奇怪,当时室内封闭很严,并没有风,那么蜡烛是被什么吹灭的呢?
经过仔细观察, 格雷拉特发现,物体在放电的瞬间,会产生一股风,特别是象铁钉之类比较尖锐的物体,他想不明白,但这并不能阻止他表演的兴趣.
于是,这位活泼的市长又表演了令客人们惊讶的实验.
格雷拉特将几根铁钉朝向蜡烛,然后与莱顿瓶相连并放电,在一瞬间,蜡烛灭了,然后再将一个铁钉以一定距离对准蜡烛,放电后竟然又将蜡烛点燃了.
客人们迷惑不解,他们早就知道莱顿瓶放电能将小鸟电死,能点燃酒精,也能点燃蜡烛,可是,电能点燃蜡烛,竟然还能灭掉蜡烛,这是怎么回事呢?
对于这种“电风”的现象,一些科学家进行了研究,他们猜测,蜡烛的火焰能将空气电离,并使原本不导电的空气成为导体, 那么,“电风”是不是与此相关呢?还是别的什么原因?
日期:2011-10-10 11:19:55
7.3 尖端放电(二)
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负离子,失去电子的电荷带正电,叫做正离子。
静电有一个特性,当导体表面有电荷堆积时,电荷密度与导体表面的形状有关。在凹的部位电荷密度接近零,在平缓的部位小,在尖的部位最大。当电荷密度达到一定程度后,电荷产生的电场会很大,以至于把空气击穿(即电离),空气中的与导体带电相反的离子会与导体的电荷中和,出现放电火花,并能听到放电声。
通俗的讲,我们知道,磁铁磁性最强的部分是两极,而中间的磁性微乎其微,而静电与磁性相类似,它只存在于表面,而且,铁钉尖端的表面积很小却要储存大量的电荷,所以它放电的能量很高, 表现为导体尖端的电荷特别密集,尖端附近的电场特别强,当这种电场强到能“撕”开空气时, 致使其附近部分气体被击穿而发生放电。如果物体尖端在暗处或放电特别强烈,这时往往可以看到它周围有浅蓝色的光晕。这就是尖端放电.
人们常说不要在大树底下避雨,容易引起雷击,大对容易引起雷击破的原因即在于在大气中,树及其他带尖顶或突起的地物有可能成为尖端放电的电流源。
那么尖端放电与“电风”有什么关系呢?
当带有尖端的导体不断充电,导体尖端上的电荷会特别密集,尖端附近的电场特别强,由此发生尖端放电,空气中残留的离子在尖端附近强电场的作用下发生激烈的运动,与空气中的气体分子碰撞,使空气中的气体分子发生电离,产生大量新的离子.新离子受与尖端带同种电荷的离子的排斥作用,远离尖端,便形成带正离子或负离子的“电风”.当莱顿瓶的带电量足够强时, “电风”便能吹熄蜡烛.
其实早在二百多年前,人前就制造出了“电机”,不过是用风驱动的“电机”,即利用“电风”驱动的风车.
在格雷拉特之后,有人继续研究这种“电风”现象,他们用一块小铅片剪出一个带有三片中片的风车,并在风车的中心处打一凹坑,然后以针尖顶在凹坑处。实验时,只要用导线将针与起电机一极相连,转动起电机,起电后,由于尖端放电,在“电风”的反冲作用下,风车旋转起来。
现在学生在做这个实验时常以易拉罐的铝壳来做风车.
尖端放电既有危害也有优点.尖端放电的形式主要有电晕放电和火花放电两种。在导体带电量较小而尖端又较尖时,尖端放电多为电晕型放电。这种放电只在尖端附近局部区域内进行,使这部分区域的空气电离,并伴有微弱的荧光和嘶嘶声。因放电能量较小,这种放电一般不能引爆易燃易爆物品。
但在导体带电量较大电位较高时,尖端放电多为火花型放电。这种放电伴有强烈的发光和破坏声响,其电离区域由尖端扩展至接地体(或放电体),在两者之间形成放电通道。由于这种放电的能量较大,可能会有重大危害。
利用尖端放电的特性,也可以化害为利.如一般的电子打火装置,避雷针,还有工业烟囱除尘的装置都是运用了尖端放电的原理。
“电风”驱动的风车
日期:2011-10-10 15:46:46
7.4 真空放电
静电的产生是由于自由电子的移动,要产生大量的静电就要使大量的自由电子移动,为此,可以增加摩擦面积,增强摩擦的速度,同时,我们也知道,温度高时物体中的原子更容易移动,例如,天气热时洗的衣服更容易干,自由电子也一样,在温度高时更容易移动,并进而带上正电荷和负电荷.
同样,当气压越低时,电子所受的束缚越小,自由电子也一样容易摆脱原本的束缚,“叛变”到另一方,所以,在做一些电学实验时,温度高,湿度低,气压低更能取得成功.
既然如尖端放电这样的电学现象在气压低时更能取得成功,那么,在真空中,尖端放电会有什么变化?
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