范德格拉夫起电机如何运作?
[日期：2006-04-14] 来源：http://www.hk-phy.org/ 作者： [字体：大 中 小]
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范德格拉夫起电机是由美国科学家范德格拉夫 (1901- 1967) 于1931年发明的。起电机以摩擦生电的原理，不断产生大量电荷。图为学校普遍使用的一种模型，内里有一条橡皮带，由胶辘带动运转。当点电极藉摩擦或高电压产生静电，运转 的橡皮带便会将电荷不断地传到球形金属罩的内表面。因为电荷之间互相排斥，所以电荷便移动到球形罩的外表面，形成大量电荷积聚在球形罩上。
图一 范德格拉夫起电机的原理。
图二 一个不带电的金属小球被起电机的球 形罩吸引，你知道原因吗？
起电机有甚么应用？
范德格拉夫起电机球形罩上的电荷能产生超过一千万伏特的电压。在核物理实验中，如此高的电压可用来加速各种带电粒子，如质子、电子等。此外，这种起电机也可用来演示很多有趣的静电现象，如使头发竖立起来、吸引发泡胶球、产生电火花、用电风使「风车」旋转等。透过这些现象，我们可以更了解静电的特质。
使头发竖立
我们可以站在绝缘的椅子上，用手按着起电机的球形金属罩。由于人的身体也可导电，所以当起电机启动时，电荷便传到我们的身体上。而因为头发上的电荷互相排斥，头发便竖立起来。
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。
产生电火花
把接地的金属小球移近起电机的球形罩时，强大的电场使电荷由球形罩跃向金属小球，在空气中产生大量离子和电子。因为离子的能态比不带电的空气分子高，所以它们便自发地释放能量，产生火花。这是在空气中的放电现象，例如闪电就是电荷从一片云跃向另一片云或地面的放电现象。
产生电风
带电导体的尖端区域具有较高的表面电荷密度，而电荷密度越高，所产生的电场越强。而强大的电场使尖端周围的空气分子电离，空气中与导体电荷相反的离子或电子被尖端吸引，而那些与导体电荷相同的离子或电子则被尖端排斥到远处，这现象称为尖端效应。离子运动时拖动空气分子，产生电风，可使扇叶转动。
日常生活中的静电
在日常生活中有很多静电的应用，像复印机、静电除尘器、静电喷漆。此外，认识静电使我们避免它可带来的危险，例如在运载易燃物品的车辆尾端系上接地铁链，把电荷传到地面，以免电火花引致火灾。同一道理，医院的手术室里，因为时常应用氧气和易燃的麻醉药物，所以地板通常是抗静电的，而所有机器亦需接地，以免火花引发爆炸。
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