天津范式起电机教学设备「日月星云」

范式起电机的【实验现象】

1.使头发竖立：由于人身导电，所以当起电机启动时，电荷便传到身上。因为头发上的电荷互相排斥，头发便竖立起来。（图片脑补）

2.吸引发泡胶球：当发泡胶球移近起电机的球形罩时，发泡胶球中分子内的电荷分布将发生变化。在分子内，正负两极的电荷被轻微地分离，产生所谓极化的现象。此时球形罩上的电荷与分子内相反的电荷产生微小的吸力，从而吸引整个发泡胶球。

3.排斥纸屑。

此外，该实验能产生高电压，但能量小，不会对人体产生伤害，当然自己也可以采用一些安全措施，这个实验还是挺有趣的。

范式起电机的起电原理

电荷自激原理

摩擦起电的电荷量太小，不能使金属球带上足够多的静电荷，大球与小球之间不能产生强烈的火花放电。因此仪器还需要电荷的自激机制。下滚轮、传送带、自激梳三者构成了电荷自激系统。在摩擦起电的过程中，负电荷被传送带源源不断地运走，但正电荷只能聚集在下滚轮，而且越聚越多。这样下滚轮正电荷的面密度就大大高于传送带的负电荷的面密度，因此正电荷是矛盾的主要方面：下滚轮周围空间的电场就是正电荷形成的强大电场。在正电荷电场作用下导致自激梳发生尖面放电，由于传送带的中介隔离作用，尖面放电放出的负电荷不能与下滚轮的正电荷相遇中和，这些负电荷只能吸附于传送带且被上行的传送带带走。运转一定时间后，下滚轮的带电荷增加量与泄漏量达到动态平衡。一定量的正电荷通过自激梳的尖面放电可产生的负电荷，这就是范氏起电机的电荷自激原理。实验表明：取下自激梳仅依靠摩擦电荷对金属球充电它只能带有微弱电荷。

火花放电原理

起电机金属球相当于一个电容器，这个电容器可视为两个同心球壳构成，一个球壳半径是R ；另一个球壳半径为无穷大，两球壳组成的电容器容量是C=4πε0R。集电梳作用就是给这个电容器不断充电。大球带上足够的负电荷后，将小球靠近大球，可看到明亮的电火花同时听到爆鸣声，即发生了“火花放电”。火花放电时碰撞电离并不是发生在两个电极之间的整个区域，而是发生在狭窄曲折的闪光通道中。空气击穿后突然由绝缘体变为导体，两个电极上的电荷很快中和，因此放电之后两极间的电压迅速降低，火花放电很快停止。需要等待起电机继续起电，当两极间的电压又升到一定数值方能再次看到火花放电，所以火花放电是间断发生的。

（作者： 来源：）