圆形滚球：探索静电现象

圆形滚球

Electrostatic Circular Ball

将电介质或导体置于静电场中，它们分别因为极化和静电感应而在界面上出现正负极化束缚电荷和正负感应自由电荷。静电滚球、静电摆球和静电跳球等实验装置就是根据这一原理制成的。

实验装置

静电滚球演示仪如图1所示，高压电源（或静电起电机）。

图1　静电滚球实验装置

图2　实验装置示意图

现象观察

1.圆形滚球往复运动观察

将高压电源的输出端与接地线分别连接到中心圆柱和外围圆板上，同时让接地线接触地面。开启高压电源，观察其间锡箔小球（示意图2中的黑点）的运动。

2.摆球往复运动观察

图3　摆球运动装置和结构示意图(www.xing528.com)

将高压电源的两极分别接到左右两极板。调节小球的位置，让它略偏向一极板。打开高压电源，观察小球的运动情况。

3.跳球往复运动观察

图4　跳球运动装置图

将高压电源的两极分别与上下两极板相连接。打开高压电源，观察小球的运动情况。

现象解密

静电圆形滚球实验仪由中心金属圆柱、外围金属圆板和绝缘平板组成。高压电源的一极接中心圆柱，另一极接外围金属圆板。打开电源后，若中心圆柱带正电，金属圆板带负电，则以圆柱为中心，在圆柱和圆板之间有一径向放射形电场。平板上的金属小球被静电感应，表面出现自由电荷，形成与外电场方向相反的内电场，于是小球受到电场力作用，电场力使靠近中心圆柱的小球沿径向轨道向中心运动，靠近圆板的小球则沿径向方向向圆板运动。当小球与中心圆柱接触或与圆板接触，小球便会带上与这两极同号的电荷而被它们排斥，沿轨道向另一极运动。这样，小球就会沿着径向方向往复运动。

静电摆球和静电跳球实验的原理与此类似，请读者自行分析。

应用拓展

静电现象有广泛的应用，静电除尘器就是其中之一。静电除尘器运行时，阴极线与阳极板间加有40～70kV的高压直流电，阴极线或阴极线放电尖端将产生电晕放电，产生正、负离子。当粉尘通过除尘通道时，会被粘附上离子而在电场力的作用下向相反极性的电极移动，并沉积于电极，达到收尘的目的，粉尘将自行或被振打落入灰斗，经排灰装置排出机外。

思考题

1.你能举出几个静电现象的应用实例吗？

2.如果用相对介电常数较大的介质球进行实验，试将它与金属球的运动情况做比较。

3.雷电是夏天常见的天气现象，你知道雷电的成因吗？落地雷又是怎么回事？