靜電學的靜電實驗:靜電風車和萊頓瓶

2021-02-13 ESD技術傳播網

靜電風車

將靜電加到靜電風車上,風車就會轉動起來。這跟我們平時所看到的電動機完全不同,是一種非常有趣的現象。

風車的葉輪上帶滿了靜電感應起點機的靜電,我們姑且認為是負電荷。帶電導體有個特性,就是越尖銳的地方,電荷越擁擠,因此葉輪尖端擠滿了負電荷。電荷擁擠到一定程度,開始傳給附近的空氣分子,使得空氣也帶上負電荷。我們知道同種電荷互相排斥,因此葉輪尖端的空氣被葉輪排斥,向相反方向運動。這樣葉輪尖端的空氣不斷得到電荷,又不斷被排斥,形成一股細小的風。只要葉輪持續得到靜電供應,尖端就會持續吹出「靜電風」。這個靜電風車尖端是向一側扭曲的,因此向側面吹出靜電風。又因為力的作用是相互的,風車葉輪得到側向的反作用力,就旋轉起來。這個風車裝置利用了三個原理:尖端放電;同種電荷相互排斥力的相互作用。

萊頓瓶

荷蘭萊頓大學物理學教授馬森布羅克( Pieter Van Musschenbrock,1692~1761)與德國卡明大教堂副主教馮· 克萊斯特( EwaldGeorg Von Kleist ,1700~1748)分別於 1745 年和 1746 年獨立研製出——萊頓瓶。



1746年,荷蘭萊頓大學的教授馬森布羅克( PieterVon Musschenbrock,1692~1761)在做電學實驗時,無意中把一個帶了電的釘子掉進玻璃瓶裡,他以為要不了多久,鐵釘上所帶的電就會很容易跑掉的,過了一會,他想把釘子取出來,可當他一隻手拿起桌上的瓶子,另一隻手剛碰到釘子時,突然感到有一種電擊式的振動。這到底是鐵釘上的電沒有跑掉呢,還是自己的神經太過敏呢?於是,他又照著剛才的樣子重複了好幾次,而每次的實驗結果都和第一次一樣,於是他非常高興地得到一個結論:把帶電的物體放在玻璃瓶子裡,電就不會跑掉,這樣就可把電儲存起來。萊頓瓶很快在歐洲引起了強烈的反響,電學家們不僅利用它們作了大量的實驗,而且做了大量的示範表演,有人用它來點燃酒精和火藥。其中最壯觀的是法國人諾萊特在巴黎一座大教堂前所作的表演,諾萊特邀請了路易十五的皇室成員臨場觀看萊頓瓶的表演,他讓七百名修道士手拉手排成一行,隊伍全長達900英尺(約275米)。然後,諾萊特讓排頭的修道士用手握住萊頓瓶,讓排尾的握瓶的引線,一瞬間,七百名修道士,因受電擊幾乎同時跳起來,在場的人無不為之口瞪目呆,諾萊特以令人信服的證據向人們展示了電的巨大威力。萊頓瓶的發明使物理學第一次有辦法得到很多電荷,並對其性質進行研究。1746年,英國倫敦一名叫柯林森的物理學家,通過郵寄向美國費城的班傑明.富蘭克林贈送了一隻萊頓瓶,並在信中向他介紹了使用方法,這直導致了1752年富蘭克林著名的費城實驗。他用風箏將「天電」引了下來,把天電收集到萊頓瓶中,從而弄明白了「天電」和「地電」原來是一回事。他肯定了「起儲電作用的是瓶子本身」,「全部電荷是由玻璃本身儲存著的。」富蘭克林正確地指出了萊頓瓶的原理,後來人們發現,只要兩個金屬板中間隔一層絕緣體就可以做成電容器,而並不一定要做成像萊頓瓶那樣的裝置。

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