目的
韋氏起電機(Wimshurst machine)發電原理介紹。
實驗
裝置:
韋氏起電機由兩個起電盤(貼有金屬片的塑膠圓盤)、兩個集電器、兩個金屬電極組成。
實驗:
將兩個金屬電極調整到適當距離,手握旋轉握把後旋轉數圈,觀察金屬電極間有何變化?
原理思考
為什麼兩個金屬電極間會產生放電?
主要是因為摩擦起電。為方便講說在此將韋氏起電機的構造以2維的示意圖(圖一)表示,內圈順時針方向旋轉的為前方起電盤,外圈逆時針方向旋轉的為後方起電盤。 若起始狀況,如圖二所示,後起電盤上金屬片上因摩擦而帶有些許正電荷(紅色表示),則相對應的前起電盤上金屬片則因感應起電使正電荷經由中間的電刷到對側的金屬片上,此時就有較多負電荷(黃色表示)。
第一步,當繼續轉動後,如圖三所示,金屬片旋轉到左側集電器(也就是萊頓瓶,Leyden jar)時,便開始儲電[1]。 第二步,如圖四所示,後起電盤上的電荷分佈會因中間電刷及前起電盤電荷分佈的關係而對換。
第三步,如圖五所示,左右萊頓瓶儲存相異的電荷。
第四步,如圖六所示,回到圖二的起始狀態重複循環作動。
第五步,如圖七所示,左右萊頓瓶儲存相異的電荷。
如此不斷循環使萊頓瓶儲存大量的電荷後,進而透過空氣放電。
討論
1.一開始金屬片上為負電荷,則結果會如何?
2.若此實驗是另一方向旋轉,則結果會如何?
關於實驗
操作前先將兩個金屬電極接觸,不可用手先接觸集電器上有金屬的部分或金屬電極,避免集電器內殘留的電荷造成觸電。
參考資料
萊頓瓶儲電原理請參閱本網站靜電杯
“University Physics", Rev. ed., John Wiley & Sons, 1995, USA., Ch22. H. Benson
”觸摸”科學體驗發現-物理原理展示,國防工業出版社,頁87-88。 苑立玻
製作
市售商品
指導老師
朱慶琪
撰稿
黃時霖