范德格拉夫起電機如何運作？

范德格拉夫起電機如何運作？

范德格拉夫起電機是由美國科學家范德格拉夫 (1901- 1967) 於1931年發
明的。起電機以摩擦生電的原理，不斷產生大量電荷。圖為學校普遍使用的一種模型，內裏有一條橡皮帶，由膠轆帶動運轉。當點電極藉摩擦或高電壓產生靜電，運轉的橡皮帶便會將電荷不斷地傳到球形金屬罩的內表面。因為電荷之間互相排斥，所以電荷便移動到球形罩的外表面，形成大量電荷積聚在球形罩上。

它有甚麼應用？

范德格拉夫起電機球形罩上的電荷能產生超過一千萬伏特的電壓。在核物理實驗中，如此高的電壓可用來加速各種帶電粒子，如質子、電子等。此外，這種起電機也可用來演示很多有趣的靜電現象，如使頭髮豎立起來、吸引發泡膠球、產生電火花、用電風使「風車」旋轉等。透過這些現象，我們可以更了解靜電的特質。

使頭髮豎立

我們可以站在絕緣的椅子上，用手按著起電機的球形金屬罩。由於人的身體也可導電，所以當起電機啟動時，電荷便傳到我們的身體上。而因為頭髮上的電荷互相排斥，頭髮便豎立起來。


吸引發泡膠球

當發泡膠球移近起電機的球形罩時，發泡膠球中分子內的電荷分佈將發生變化。在分子內，正負兩極的電荷被輕微地分離，產生所謂極化的現象。此時球形罩上的電荷與分子內相反的電荷產生微小的吸力，從而吸引整個發泡膠球。


產生電火花

把接地的金屬小球移近起電機的球形罩時，強大的電場使電荷由球形罩躍向金屬小球，在空氣中產生大量離子和電子。因為離子的能態比不帶電的空氣分子高，所以它們便自發地釋放能量，產生火花。這是在空氣中的放電現象，例如閃電就是電荷從一片雲躍向另一片雲或地面的放電現象。


產生電風

帶電導體的尖端區域具有較高的表面電荷密度，而電荷密度越高，所產生的電場越強。而強大的電場使尖端周圍的空氣分子電離，空氣中與導體電荷相反的離子或電子被尖端吸引，而那些與導體電荷相同的離子或電子則被尖端排斥到遠處，這現象稱為尖端效應。離子運動時拖動空氣分子，產生電風，可使扇葉轉動。