electrophorus是一种原始的静电充电电池或发电机,最初由瑞典物理学家约翰·威尔克(Johan Wilcke)于1762年发明,但该设备的功能非常基本,可以由多种常见材料制成。美国殖民地时期著名的政治人物和发明家本杰明·富兰克林(Benjamin Franklin)通过用木材、硫磺、蜡和锡金属制作一个机器人,推广了这一想法。传统的电泳仪由一块绝缘板组成,该绝缘板通常由某种类型的树脂或塑料制成,上面放置一块金属导电板。在金属板的中心贴上另一种绝缘介质,如塑料杯,用作手柄,以防止电泳器过早放电。通过对金属板的物理触碰,可以将静电从设备中抽走,可以瞬间给灯泡充电,也可以进行其他实验。。
电刀操作背后的基本原理是摩擦电效应,也就是所谓的储存静电。在组装电熨斗之前,先给绝缘板充上静电电荷,方法是将其与其他材料(如羊毛)摩擦,从而通过静电感应过程在绝缘板中产生电荷。一旦绝缘板和导电板放在一起,绝缘体中的静电荷将分离出金属导体中的正电荷和负电荷。金属中的正电荷向下吸向绝缘板,负电荷向上排斥。。
然后,金属板上表面的感应负电荷可以通过与金属进行物理接触来释放,完成一个通过人体进入地面的电路。电荷通常足够强,在接触之前,一个无害的火花会从金属跳到手指上,或者一个小灯泡的引线可以放在两个表面之间,在电荷消散时暂时点亮它。如果一端用手握住,另一端靠近带电金属板,大型型号的Electroporus也会瞬间点亮管状荧光灯泡。。
使其成为电气原理的流行演示的一个独特方面是,绝缘板的作用类似于普通电子电路中更复杂的电容器或电存储单元。然而,与典型电容器不同,绝缘板上的电荷不会因金属板中的静电放电而耗尽。在金属板的极化能量放电发生后,如果将金属板从绝缘板附近移除,然后再次放置在其上,当绝缘体仍保持其电荷时,金属中的电荷分离将重复。。
这个过程似乎证明了自由能不知从何而来的想法,因为无论金属板被移除多少次,然后放回到绝缘板的顶部,静电都会不断地更新和释放。实际上,能量是守恒的,因为物理移动金属板,然后更换金属板的工作会将势能引入电泳系统,当放电或火花发生时,势能会转化为动能。大型版本的Electroporus被称为Van de Graaf发电机,能够产生高达200万伏的静电电压,比如美国物理学家Dr。罗伯特·范德格拉夫本人在20世纪30年代初。。
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