什么是一个范德格拉夫发电机？(a van de graaff generator?)

范德格拉夫发电机利用三电--通过两种不同的材料摩擦产生电荷，通常被称为静电--来产生一个大的电位差，从而产生高压放电。该机器由罗伯特-J-范德格拉夫博士在20世纪30年代初开发，尽管在它之前有许多以类似原理工作的设备。范德格拉夫发电机的 "引擎 "使用两个由不同材料制成的辊子--通常是金属和塑料--通过一条由橡胶或其他绝缘材料制成的皮带连接，垂直悬挂在它们之间，由电机驱动。一个接地的金属梳子被放置...

如果上辊是金属的，下辊是塑料的，那么皮带与塑料辊的摩擦会导致电子从塑料上剥离到皮带上，这样皮带上就会形成负电荷，而辊子则会留下正电荷。来自下层梳子的电子被吸引到带正电的辊子上，一些电子会跳向它，但被绝缘带阻止到达它，然后它获得了更大的负电荷。在设备的顶部，梳子中的电子从带负电的皮带上移动到金属圆顶上，被皮带上的电子取代。因此，电子不断地从下层辊子--通过皮带和上层梳子--转移到金属圆顶上，金属圆顶获得了大量的负电荷。如果辊子的位置相反，圆顶就会获得一个正电荷。

范德格拉夫发生器顶部的圆顶形状是实现电荷均匀分布和最大限度发挥潜力的理想选择。尖锐的边缘、点或不规则的地方会导致电荷漏到空气中。这就是使用金属梳子的原因--梳子的齿使电子很容易进入或离开梳子，以实现穹顶上大量电荷的积聚。发电机的原型使用了一个锡罐而不是圆顶，但这很快就被改进了。

范德格拉夫发生器在学校和大学的物理实验室中很常见：这些发生器可以产生超过100,000伏的电位差。一个流行的演示是，当学生志愿者接触到穹顶时，他们的头发会竖起来；头发会获得相同的电荷并相互排斥。这种类型的发生器还可以产生相当大的火花，因为电子会跃迁到附近的物体上。通过将手指指向圆顶，可以使长达几英寸的火花在圆顶和手指之间跳跃，从而产生轻微的电击。虽然这些设备可以产生非常大的电压，但电流太小，不会构成任何风险。

制造产生更大电压的发电机是可能的。一个大型范德格拉夫发电机可以产生数百万伏的电位差。有史以来最大的示范发电机高40英尺（12.19米），可以产生500万伏或更大的电位差，产生类似于闪电的火花，长达数英尺。

范德格拉夫发电机也有严肃的应用。它们有时被用来产生粒子加速器所需的巨大电压，这些加速器被用于研究自然界的基本力量。澳大利亚国立大学为此目的运行的一台范德格拉夫发电机产生了1500万伏的电位差。

发表于 2022-02-10 18:17
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分类：科学

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