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格物致知06之一 滴水起电机

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已有 75 次阅读2019-10-12 11:05

  英国科学家开尔文于1867年发明了一个装置,申博太阳城网上娱乐登入官网:用于产生很高的电压,后人称这个装置为开尔文滴水起电机。
  开尔文滴水起电机的构造相当简单。如图(01),最上面是一个水槽A,水槽下面接一个控制水流大小的开关,然后经一个三通管把水流分成两路。水槽是接地的,所以在现代条件下上面的水槽可以直接用自来水管代替。
  出水的两个滴嘴下面是B、C两个导体环,水滴可以通过这两个导体环滴到下面的两个导体桶D和E里面。B和C两个导体环以及D和E两个导体桶必须彼此均良好地互相绝缘。环B和桶E、环C和桶D用导线联接。
  在上面的水槽A中注入一定量的普通的水,水槽中的水通过两个滴嘴滴下,经过两个环B和C落到桶D和E中。两个桶D和E就会带电,彼此之间产生相当高的电压。不需要很多,只需要几杯水,就可以使D与E之间电压达到数万伏特或者更高,这可以从验电器H中两片金箔张开看出来。如果D和E两个导体桶距离比较近,甚至可以在D和E之间产生火花放电。如果两个桶之间的距离和两个环之间的距离都比较远,最终可能水滴在高电压作用下乱飞,飞到导体环B和C上,溅到各处的水破坏了各处的绝缘,实验也就结束了。
            图(03)  开尔文
  开尔文是谁?怎么会想到搞这种起电机?
  开尔文本名威廉·汤姆逊,14岁入读格拉斯哥大学,后来到剑桥大学学习,还曾到法国留学。威廉·汤姆逊在数学物理、热力学、电磁学、弹性力学都有相当的贡献,并且主持了跨大西洋海底电缆的技术工作,因此在1866年被封为爵士。后来又于1892年被封为开尔文勋爵。正因为他在热力学上的突出贡献,第10届国际计量大会才把热力学温度定名为“开尔文”。
  开尔文于1867年制作了上述的实验仪器,当时跨大西洋海底电缆已经完成,他也早在1851年就提出了热力学第二定律。19世纪末,开尔文是物理学界泰斗级的人物。开尔文之所以制作了这么一个今天我们看起来像是玩具一般的仪器,目的就是想实验一下不同于利用法拉第电磁感应定律的发电机的发电设备,将机械能转换成电能。
  今天我们看起来这种“开尔文滴水起电机”并没有多大的实际用途:它确实能够将机械能转换成电能,能够产生相当高的电压(产生数厘米距离上的火花放电),产生的电流却非常微小。
  然而,这个看起来没有什么用处的“开尔文滴水起电机”,却在60多年后令荷兰物理学家范德格拉夫受到启发,得到了实际应用。详情请看后续的《格物致知之二 范德格拉夫起电机》。

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