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凤凰彩票网址 90g典cc_干货|格物致知——范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机

2019-11-07
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《格物致知——滴水起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机》中,我们介绍了英国科学家开尔文于1867年发明的滴水起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机。凤凰彩票网址 90g典cc图(01)就是开尔文滴水起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机的示意图。

图(01)  开尔文滴水起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机
  
在那篇帖子中,我们也介绍了开尔文滴水起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机的工作原理,如本篇图(02)。


图(02)
  
在《格物致知——滴水起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机》发出后,就有位网友提出“初始时充下上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢”。


图(03)

凤凰彩票网址 90g典cc我的理解,“初始时充下上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢”就是在图(02)中水滴未开始滴下时先用直流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源的两极接触一下导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢的桶D和桶E(同时也是环C和环B),随即去掉直流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源,再开启水流开关使水滴滴下。这样做,使得一开始桶D和桶E之间就有上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压,而不是靠桶D和桶E之间天然存在的极其微小的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压。凤凰彩票网址 90g典cc这样当然可以加速两桶之间上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压的上升速度。不过,即使没有先用直流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源两极接触一下两个桶为两桶构成的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢容器充上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢,由于这种起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机存在的正反馈作用,这种滴水起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压上升的速度也相当快。
  
使用直流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源的另一种方法如图(04)所示。图(04)中B为直流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源,与两个滴水嘴联接。这样水滴滴下时就分别带上了正上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢荷和负上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢荷。


图(04)  
  
虽然图(04)的结构去掉了开尔文滴水起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机的正反馈,这种结构仍然可以工作。凤凰彩票网址 90g典cc由于图(04)中直流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源B的存在,两个滴水嘴滴下的水滴F和G是带有上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢荷的。带上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢水滴滴入直流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源桶D和桶E,就把上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢荷交给了桶D和桶E,使得两桶之间上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压升高。随着水滴的不断滴入,两桶之间的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压也越来越高。
  
图(04)中不但两桶D和E之间必须良好绝缘,两个滴水嘴之间以及两嘴中的水也必须绝缘,否则直流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源B将被短路。
  
显然,图(04)所示起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机比图(02)所示起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机要简单一些。虽然使用了一个直流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源B,但省去了两个导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢的环B和C。
  
开尔文制作出滴水起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机之后60多年,有位荷兰裔美籍物理学家范德格拉夫在普林斯顿大学制作出了另一种起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机,后人称之为范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机。最初的范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机如图(05)。


图(05)  范德格拉夫及其起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机 1929 普林斯顿
  
从图(05)照片中我们可以看到最初的范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机有两个空心的金属圆球,用丝线吊挂起来以使空心金属球与大地良好绝缘。凤凰彩票网址 90g典cc另有两条白色带子从地面伸到金属圆球内部。地面上还有一些装置,但照片中看不清楚是什么。
  
既然照片看不清,我们来看看图(06)。这是最初的范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机结构示意图。
   图(06)

图(06)中有两条环形的带子,被旋转的转动轴带动。凤凰彩票网址 90g典cc右边的带子可以移动到空心金属球A的内部。B是一个直流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源,其正极经上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢刷C与右边带子接触。右边带子向上移动到空心金属球A内部后又与金属球内部的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢刷D接触,然后又返回到下面的转动轴。凤凰彩票网址 90g典cc左边的带子和空心金属球以及上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢刷与右边完全相同,只不过左边带子经上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢刷是和与直流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源B的负极联接的。
  
在最初的范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机中,两条带子是普通的光滑丝带(蚕丝,即真丝),因为那个时候还没有发明出来更牢固的尼龙丝。光滑的绝缘带也可以使范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机正常工作,因为绝缘带表面也可以带上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢,初中物理课上老师演示的摩擦起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢使物体带上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢,或者你自己用干燥的清洁棉布摩擦有机玻璃三角板就可以证明。但范德格拉夫后来的实验表明:在绝缘的带子上固定横向导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢条可以使起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机的效率大为增加,所以后来的范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机都使用了具有横向导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢条的绝缘带。如图(07),灰色部分就是绝缘带上的导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢条,各导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢条彼此之间是绝缘的。现在的范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机,除非是演示用的模型,实际使用的都是带有导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢横条的绝缘带。
图(07)  绝缘带上的横向导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢条

要理解范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机工作原理,其实只要把图(04)倒过来看就行了。图(08)就是图(04)倒过来的样子,两个桶D和E在上面,直流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源B和水滴滴嘴在下面。


图(08)
 
当然,水滴只会在重力作用下向下运动,不会向上。但范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机用绝缘带上的导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢条代替了水滴,用旋转轴代替了重力,让导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢条向上运动。此时绝缘带上的导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢条就起到了水滴的作用。直流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源B使得导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢条带上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢,导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢条向上运动靠旋转轴的动力(通常是靠一个上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢动机)。
  
从图(06)和图(08)的对比,我们可以清楚地看出:范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机是继承自开尔文滴水起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机,是开尔文滴水起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机的延伸。
  
1929年范德格拉夫在普林斯顿大学制作出最初的范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机,然后范德格拉夫去了芝加哥大学。在芝加哥大学,范德格拉夫认识到只需要一个空心金属球和一条绝缘带,就可以使空心金属球对大地产生非常高的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压。最初的范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机两个空心金属球之间可以产生500kV的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压,在芝加哥大学,范德格拉夫制作了可以产生1MV以上上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压的起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机。
图(09)
  
使用单个空心金属球和一条绝缘带的范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机结构如图(09)。图中可见,直流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源B一端接地,另一端接上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢刷C。当上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢刷C与绝缘带上导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢横条接触时就会对导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢横条与大地之间形成的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢容充上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢(图中用红色表示)。导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢横条在转动轴带动下上升离开上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢刷C,成为孤立导体。
  
已经被充上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢的导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢横条是孤立导体,其上的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢荷不会增加也不会减少。随着导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢横条逐渐上升,导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢横条与大地之间的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢容减小,由C=q/u,横条对大地的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压升高。
  
导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢横条对大地的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压升高,意味着储能增加。这个能量是从哪里来的?
  
很明显,导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢横条与大地之间是互相吸引的。导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢横条上升,需要绝缘带对横条做功,而绝缘带是由滚轴带动。所以,是滚轴做功使得导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢横条储存的能量增加。
  
导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢横条随绝缘带上升到与上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢刷D接触,导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢横条上的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢荷就会一点不剩地移动到空心金属球外部。之所以“一点不剩”,那是因为同号上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢荷互相排斥,导体内部不可能存在净上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢荷,上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢荷一定完全分布在导体外侧。这一点,是美国开国元勋富兰克林发现的。
  
随着绝缘带上横条导体带到金属球形壳的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢荷越来越多,金属球形壳对大地的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压也逐渐升高。
  
图(10)的动图描绘了一个导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢横条的运动过程。


图(10)
  
在导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢条K上升过程中,绝缘带(图中并未画出)带动导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢条上升,克服K与大地之间的静上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢力做功,使得K对大地上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压增高,这一点前面已经说过。
  
导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢条K运动是否构成上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流?答案是肯定的。上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢荷的定向运动就构成上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流。图中这个上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流的方向是从下至上,虽然这些上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢荷并不连续,它仍然是上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流。金属或者上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢解液中的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流叫做传导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流,而这些携带上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢荷的导体运动形成的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流叫做运流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流,但它们都是上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流,而且都会产生磁效应。正是这个上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流对球形金属壳A与大地构成的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢容断续充上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢,才使得球形金属壳A与大地构成的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢容两端上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压不断升高,直到导上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢条运动形成的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流与绝缘支架泄漏的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流相等,上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压即达到稳定。
  
范德格拉夫为什么要研制起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机?

我们必须看看从开尔文1867年发明滴水起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机到范德格拉夫1929年制作出范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机这60多年里面物理学界都发生了些什么事。

19世纪末20世纪初,是物理学大发展的年代。伦琴于1895年发现X射线,贝克勒尔于1896年发现铀的放射性,1897年约翰·汤姆逊发现上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢子。这些实验结果,强烈暗示原子也是具有内部结构的。1911年卢瑟福用天然放射性物质产生的α射线轰击金箔,根据α粒子散射角度分布提出原子的核式结构模型。还是卢瑟福,于1919年用α粒子轰击氮核,发现撞出了一种粒子,其质量数为一个原子质量单位,上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢荷也是一个上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢荷单位,也就是质子。这是第一次利用天然放射性物质射出的粒子实现人工核反应。
  
物理学家并不满足于使用天然放射性物质产生的α射线或者β射线来轰击原子来引起核反应,他们希望使用速度更快具有更大能量的粒子轰击原子。为使带上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢粒子得到更高速度,当时只能用上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢场使带上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢粒子加速。英国物理学家考克饶夫和爱尔兰物理学家沃尔顿于1932年用上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压约800kV的高压直流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源使质子即氢核在真空中加速,轰击锂靶,得到了氦原子。这是第一次用人工方法使带上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢粒子加速实现的核反应。考克饶夫和沃尔顿因此获得1951年诺贝尔物理奖。
  
可是,考克饶夫和沃尔顿使用的高压直流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源是德国上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢气工程师埃尔文·奥托·马克斯于1924年发明的马克斯发生器,这种高压直流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源是利用上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢容器低压充上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢然后串联起来得到高上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压的,只能脉冲式放上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢,不能连续工作,而且体积很大,价格也高。
  
范德格拉夫正是为了适合用高压直流上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源来使带上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢粒子加速而研制起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机的。范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机体积比马克斯高压发生器小得多,构造简单,而且能够产生连续不断的高上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压而不是脉冲式的高上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压。虽然范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机能够产生的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流不大,只有微安数量级,但对使带上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢粒子加速这个目的来说,已经足够了。
  
图(11)是静上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢加速器示意图,静上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢加速器是由图中A、B、C、D组成的范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机加上抽成高度真空的绝缘管道G构成的。S是质子发生器,实际上S是充有氢气的小室,在其中使氢上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢离。氢核即质子在高上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压作用下向下运动,不断加速。T是金属锂制成的“靶”。高度真空是靠G右边的支管不断抽出气体来保持的。芝加哥大学用这样的装置使高速质子轰击金属锂而得到了氦。后来又用质子轰击其它元素,获得更多种核反应来研究原子构造。


图(11)
  
自从范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机研制成功并实现了人工加速带上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢粒子产生核反应之后,再也没有物理实验室使用马克斯高压发生器来实现人工加速带上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢粒子来产生核反应了,因为范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机构造简单,体积小,成本低。
  
虽然后来又出现了回旋加速器、直线加速器、同步加速器……等等使带上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢粒子加速到非常高速度的实验装置,但由于构造简单、成本低,直到现在,世界上仍有数十台范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机作为低能加速器上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源在各大学或科研机构的物理实验室中工作,其能够产生的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压从数百kV到几MV不等。很高的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压会使空气击穿,为提高范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机能够产生的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压,往往把范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机置于高压气体中以提高气体的绝缘强度,使用的气体有氮、氖、六氟化硫等等,使用的压强达到数十个大气压。1985年美国制造了一台范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机,产生的上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压高达25MV,上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢流可以达到数十微安。
  
中国在20世纪50年代也建成了使用范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机作为上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢源的静上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢加速器,上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢压达到2MV以上。图(12)就是位于中国科学院的静上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢加速器。图片中左边的桔红色钢桶是保持高压气体的外罩,左边才是范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机和真空管道、上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢离室和靶室。除中国科学院外,一些大学也建有静上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢加速器,用于科研。


图(12)
  
网上有不少自制范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机和使用范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机进行演示实验的视频。某些人用可乐瓶和铝易拉罐自制范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机,而且工作得很好。若是对范德格拉夫起上海快三app赚钱—主页-彩经_彩喜欢机感兴趣,不妨上网搜索一下看看。


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