由于在静电序列中铝排在铜之前,所以在圆盘转动时铝片与电刷上的铜丝摩擦而带上正电荷,铜丝带负电荷。如图:假设刚摩擦时金属铝片s1带电量为q1,与其在同一直径上的铝片s2带电量为q2,q1与q2有大小之分。
当圆盘转过90°时,s1与反面电刷bˊ相对,此时s2ˊ、s1ˊ分别与s1、s2相对。假设q1>q2,由于s1ˊ与s2ˊ之间有电刷连接,会引起自由电子移动,使得s1ˊ带正电荷,s2ˊ带负电荷。
当圆盘再转过45°时,s1、s2分别顺时针转至与电极相接的悬空电刷e2、e1处,并在该处放电使e1、e2带正电荷,这些正电荷又被积聚在莱顿瓶c1、c2中。
当圆盘再转过45°即s1转到与正面电刷b相对应时,s1与s1ˊ相对,s2与s2ˊ相对,刚经过放电的s1与s2恰好不再带有电荷。s2ˊ带负电使得s2感应带正电,又由于与金属刷上铜丝摩擦也使它带正电,在二者共同作用下s2带上了正电荷;对于s1来说,s1ˊ上的正电荷使其感应带负电荷,由于金属刷的连接作用,s2所带的正电荷会导致电子移动(如图4)使s1带负电,这样,虽然有摩擦产生的正电荷也会被以上两种作用所产生的负电荷抵消,因此s1还是带负电荷。
圆盘再转过45°时,s1ˊ与s2ˊ恰好分别转到悬空电刷e2ˊ与e1ˊ处。带正电的s1ˊ在e2ˊ处放电后不再带电,e2ˊ上的负电荷被中和使e2ˊ带正电,这些正电荷被莱顿瓶c2积聚到放电叉t2的放电小球上;带负电的s2ˊ在e1ˊ处放电后也不再带电,且e1ˊ上的正电荷被中和使e1ˊ带负电,这些负电荷被莱顿瓶c1积聚到放电叉t1的放电小球上。
如果圆盘又转过45°,s1又与s2ˊ相遇,s2与s1ˊ相遇,且此时s1﹑s2与反面电刷bˊ相对,s1ˊ﹑s2ˊ分别在e2、e1处放电后不再带电。此时的电荷变化与过程(4)相似,因此与s1相对的s2ˊ带正电荷,与s2相对的s1ˊ带负电荷。
当圆盘再转过45°,此时s1﹑s2恰好分别转到悬空电刷e1﹑e2处。s1在e1处放电使得负电荷被积聚到放电叉t1的放电小球上,s2在,e2处放电使得正电荷被积聚到放电叉t2的放电小球上。之后转动摇柄,电荷的变化情况将重复过程(3)~(7),由于两盘的逆向旋转,转至与电极相接的悬空电刷e2、e2ˊ处的金属片将全部带正电,转至与电极相接的悬空电刷e1、e1ˊ处的金属片将全部带负电。莱顿瓶c2感应到放电小球t2上的正电荷会越来越多,而被莱顿瓶c1感应到放电小球t1上的负电荷也会越来越多,当小球聚集一定电荷时,就会产生放电现象。在莱顿瓶盖内放电叉与悬空电刷之间的空气也会被电离,使放电叉与悬空电刷在短时间内相当于一个导体,将事先聚集在莱顿瓶中的电荷大部分中和之后,再一次重复上述过程。
但是,起电机并不是从一开始就可以放电的,因为空气被击穿需要一定的电压,这就需要积聚一定的电荷,而放电叉t1、t2上电荷的积累需要一定时间,所以当起电机长时间不用后要摇动摇柄一定时间后t1、t2间的电压才能达到击穿电压而产生放电现象。
反向转动摇杆时是否也会达到相同的效果呢?回答是否定的,因为反转时虽然起电机原理和正转一样,但由于正反两面的铝片在摩擦起电后都没有再经过另一侧电刷,而是直接在悬空电刷处放电,使两个莱顿瓶带有同种电荷,因此不会放电。
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