书城童书物理知识知道点:走进电学世界
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第60章 起电机实验

在静电的实验中,有一种必不可少的工具叫起电机。我们知道,感应起电机的结构比较复杂,一般人家里肯定不会有,如果专门去买一个可就不划算了。不过没关系,有一种起电机,在厨房里就可以制成。

这种非常有趣的起电机是英国的凯尔文勋爵设计的,叫滴水起电机,顾名思义,它显然是利用水滴来起电的。最上边是两根滴水管,管口大小使得流出的水刚好形成水滴而间隙又不过长。水滴从水管流出来,穿过金属薄壁管后滴入下方的金属水箱。薄壁管与水箱用导线交叉地连接起来。水滴滴了一会儿之后,一个水箱带了正电,而另—个带了负电。但是这种起电机的两边是完全对称的,为什么两只水箱带了不同的电荷呢?滴水起电机是根据感应起电的原理设计的。

有意思的电学实验在周围的无线电波、宇宙射线的作用下,两个金属水箱都带有负电。但是,两个水箱所带的电量一般是不相等的,至于哪一个容器带的负电荷多,则完全是偶然的。

现在假设,左下角的水箱带的负电荷较多,因为它与右上角的金属薄壁管是用导线连接起来的,所以带电情况相同。由于静电感应,带负电的金属薄壁管把水中的正离子吸引过来,右边的滴水管口便出现了正电荷。当水滴下落时,就把正电荷带到右边的金属水箱里。这样,与右边水箱相连的左上角的金属薄壁管也带上了比开始时多的正电荷;同样,由于静电感应,左边的滴水管口则出现了负电荷,当水滴下落时,左边的水箱中负电荷就增加了。

试验中的滴水就这样起了电。随着两只水箱的正负电荷逐渐积多,两个金属薄壁管上的电荷越来越多,两个滴水管口的感应电荷也就越来越多。于是,每滴水所携带的电荷不断增加,电荷分离的速度也逐步加快。

这样,一会儿就能在两金属箱之间建立起1.5万伏以上的高压。由起电过程可见,两金属水箱相当于起电机的两个电极,而金属薄壁管起着感应器的作用。

水滴中蕴藏这么大电量,真使人惊讶。其实,计算一下就可以知道,假如从一升水中的每一个分子取下一个电子,那么,将这些电子和剩下的水离子分别放到地球的南极北极,它们之间的静电引力会相当于65万吨重物的重力呢!

那么,滴水起电机为什么不能建立起更高的电压呢?这是由于高压下的电晕放电电压是限制在一定范围内的缘故,这一电压叫做电晕极限电压。不过1.5万伏对我们来说已经足够了。莱顿瓶莱顿瓶,是一个玻璃瓶,瓶里瓶外分别贴有锡箔,瓶里的锡箔通过金属链跟金属棒连接,棒的上端是一个金属球。由于它是在莱顿城发明的,所以叫做莱顿瓶,这就是最初的电容器。莱顿瓶很快在欧洲引起了强烈的反响,电学家们不仅利用它们做了大量的实验,而且做了大量的示范表演,有人用它来点燃酒精和火药。