范德格拉夫(Van de Graaff)發電機利用摩擦電學(通過兩種不同的材料摩擦產生電荷,通常稱為靜電)來產生巨大的電位差,從而產生高壓放電。這臺機器是由羅伯特·范德格拉夫(Robert J.Van de Graaff)博士在20世紀30年代初開發的,盡...
范德格拉夫(Van de Graaff)發電機利用摩擦電學(通過兩種不同的材料摩擦產生電荷,通常稱為靜電)來產生巨大的電位差,從而產生高壓放電。這臺機器是由羅伯特·范德格拉夫(Robert J.Van de Graaff)博士在20世紀30年代初開發的,盡管在這之前,有許多裝置的原理類似,但范德格拉夫發電機的"發動機"使用兩個不同材料制成的滾軸,通常是金屬和塑料,由橡膠或其他絕緣材料制成的皮帶連接,皮帶垂直懸掛在兩個輥之間,由電機驅動。金屬梳,接地,其齒朝向下滾筒。在發電機頂部,另一個金屬梳齒的位置類似,齒靠近頂部滾筒,并連接到金屬圓頂。
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科學家帶燒杯,如果上部滾筒為金屬,下部滾筒為塑料,皮帶與塑料輥的摩擦會導致電子從塑料輥上剝離到皮帶上,從而在皮帶上形成負電荷,而滾筒上只剩下一個正電荷。來自下梳的電子被帶正電荷的滾筒吸引,一些電子會跳到帶正電荷的滾筒上,但是被絕緣帶阻止了,絕緣帶獲得了更大的負電荷。在設備的頂部,梳狀物中的電子從帶負電的帶上移動到金屬圓頂上,被傳送帶上的電子所代替。因此,電子從下滾軸持續轉移-通過皮帶和上部梳齒,得到一個很大的負電荷。如果輥的位置顛倒,穹頂獲得一個正電荷范德格拉夫發生器頂部的圓頂形狀是實現均勻電荷分布和最大化電勢的理想選擇,點或不規則會導致電荷泄漏到空氣中。這就是為什么要使用金屬梳齒-齒允許電子很容易地往返于梳齒之間,從而在穹頂上形成大量電荷。原型發電機使用錫罐代替穹頂,但這很快得到改進。范德格拉夫發電機在學校和大學的物理實驗室里很常見:它們能產生超過10萬伏特的電位差,一個流行的演示是讓學生志愿者在接觸穹頂時頭發豎立起來;這些毛發獲得相同的電荷并互相排斥。這種類型的發生器也能在電子躍遷到附近物體時產生相當大的火花。用手指靠近穹頂,可以在穹頂和手指之間產生長達數英寸的火花,從而產生輕微的電擊。雖然這些裝置可以產生大電壓,電流太小,不會造成任何風險。可以建造產生更大電壓的發電機。大型范德格拉夫發電機可以產生數百萬伏特的電位差。有史以來建造的最大示范發電機高40英尺(12.19米),可以產生500萬伏特的電位差此外,產生幾英尺長的類似閃電的火花。范德格拉夫發電機也有很重要的應用。它們有時被用來產生粒子加速器所需的巨大電壓,而粒子加速器是用來研究自然界基本力的。其中一個范德格拉夫發電機由澳大利亞國家電力公司運行為此,大學產生了1500萬伏特的電位差。