文档介绍：对开尔文起电机的探究作者: 叶华成( PB12203037 )、杨文斌( PB12203017 )、耿辰华( PB12203011 ) 1. 背景开尔文滴水发电机(Kelvin Water Drop) , 是英国科学家开尔文于 1867 年所发明的一种静电产生器。该装置利用水滴滴落过程中对电压差的正反馈作用和水中正负离子对由电偶极子产生的静电场的静电感应作用来形成电压差。 2. 工作原理此装置的每一部分开始时几乎都不带电,由于水中有不少离子,水滴可能偶然地把极微量的电荷带给金属水桶,造成水桶带有微量电荷。任何一个桶获得少量的不平衡电荷,就足以开始充电过程。假设左边桶获得一个小的正电荷, 现在右边的导电环也有一定的正电荷, 因为它是连接到左边桶的。由于静电感应作用,右边导电环上的正电荷, 会吸引负电荷到右边的水流中。右边的水滴会携带负电荷滴落, 最终滴到右边的桶内, 使右边的桶所带负电荷增加积累。一旦左边导电环带有负电荷,它将会吸引正电荷到左边的水流中。当水滴落到桶内,他们携带的正电荷会转移到铁桶上并积累。因此, 正电荷由于左边导电环的吸引作用被吸引到左侧水流, 使左边铁桶携带正电荷不断积累。负电荷被吸引到右侧水流, 使右边铁桶携带负电荷不断积累。这个正反馈过程使每个桶和导电环获得更多的电荷, 形成更强的静电感应, 如此这般积少成多, 循环进行, 电荷分离速度逐步加快电荷积累量随时间呈指数增长, 一会儿便能在两个金属箱之间建立起一万五千伏以上的高电压。 3. 问题提出当起电机运转足够长的时间后, 两个水桶已形成高电压, 电火花可能会瞬时在的两个桶或环的圆弧之间产生,从而降低每个桶上的电荷。或者水桶将阻碍它们上方的水滴下落,并可能使带点水滴落不到桶内。又或者电荷足够大时, 水滴也可能被吸引到导电环上, 电荷通过与相反电荷中和,使带电量暂时下降。这些影响都将限制装置所能达到的电压的极限。那么如何设计装置,能使其获得更高的电压极限呢? 4. 思考当装置已经获得较高电压时,装置表面电场较强,易吸引空气中相反的离子而中和电荷,在潮湿的环境中, 这种途径的电荷流失十分严重, 甚至有时候无法起电。于是首先应该考虑改善装置的绝缘性能。同时, 在高电压的时候, 导电圆环也会使水滴产生较大偏转, 使其无法滴进桶内, 甚至将水滴直接吸到环上。所以如果能设计一种导电环, 使得在电压一定的条件下环对水滴的作用最少,便能有效提高最高电压。 5. 实验实验材料细导线若干, 2L 可乐瓶一个,矿泉水瓶 1 个,绝缘塑料筒 2 个,输液管 2 个,绝缘支架 1 个,有机玻璃板 1 块,食用油,食用盐若干等一、绝缘性能改进对于改善装置的绝缘性能,小组成员在经过讨论,查找资料后提出了以下改进方案: 1. 将导体盛水桶改为塑料绝缘盛水桶 2. 在盛水桶内倒入一定的电解质溶液后倒入食用油使其与空气隔绝 3. 将导电圆环换为用漆包线绕在塑料环上制成的线圈 4. 在所有导线接口处包裹电工胶布 5. 降低装置高度,以减少水滴在空气中的路程 6. 将整个装置放置在绝缘的塑料板上(其中 1、2 条为网上资料提供,其余为小组成员提出) 改进前二、导电环的改进 1. 前期准备在将导电环改为用漆包线绕在塑料环上制成的线圈后,线圈只有三个主要的参数:直径,高度,匝数。为此,我们制作了四个不同的线圈进行试验。一号