感应起电机正转、反转状态下的工作原理
当顺时针摇动转轮上的摇柄时,分开的两个小球之间会有电火花产生,同时会听到噼里啪啦的放电声。这就是感应起电机的放电现象。这样的现象是如何产生的呢?下面我们就介绍一下它的原理。
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。如图↓
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\ufe51S2与反面电刷Bˊ相对,S1ˊ\ufe51S2ˊ分别在E2、E1处放电后不再带电。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\ufe51S2恰好分别转到悬空电刷E1\ufe51E2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