CN107464485A - 一种制作旋转板连续转动静电动力机的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制作旋转板连续转动静电动力机的方法，主要由电极板、旋转板、高压静电电源构成，其特征是：电极板包括若干偶数N块金属导体平板，所述旋转板是由表面光滑、材料相同、大小相同的若干正整数M块金属导体平板组成，所述正整数M为数M小于数N，且不等于1及N的公约数，所述电极板与旋转板均为切割成相同条梳齿状构造，电极板梳齿部分与旋转板梳齿宽度小于梳齿间的空隙宽度，旋转板旋转时可以自由通过电极板，当旋转板旋转通过电极板时梳齿顶部刚好与梳齿间空隙的底部相互接触。这一实验设计更有利于促进学生的创新精神和实践能力的培养。制作极其简易，效果明显，在教学中会增加更多的教育功能，是一项很有意义具有开拓前景的工作。
Description
技术领域
涉及演示静电驱动的实验方法，属于物理实验仪器领域。
背景技术
在大学物理课中，静电是一个重要的内容，静电感应的应用更是大家关注的内容。多年来，为帮助学生正确理解此概念和应用静电感应，配合教学设置的一些演示实验，如静电跳球实验，静电摆球实验，静电滚筒实验，静电吹风，以及设计的垢块静电跳球实验仪等，现有静电演示装置虽然在一定程度上解决了一些需要，但缺少对静电动力演示实验的进一步开拓创新，作为动力机方面，目前见到的演示动力机主要包括：热机、电动机、驻波马达等动力机，这些具有其独特的优势与局限，缺少有效实现静电动力机方面的设计与装置，如何实现静电动力机且产生较大的驱动转轮的力矩，本发明人在研制静电动力机时，为增大静电力把跳球改换成导体平板，在正负电极板间距(极板间静电压未达到放电电压)一定时，用增大电极板与摆动板(光滑金属平板)面积结合杠杆原理增大转轮的驱动力矩方法，经过多次试验获得成功，但在实验时发现高压静电电源常被烧毁，摆动摆在转向瞬间力矩发生了大幅度突变致使装置容易损坏，要想实现连续转动还得有转换杆，如何克服以上缺陷是本申请要解决的问题。(是在国家自然基金项目(项目号：11405092)、齐齐哈尔市科学技术项目(项目号：GYGG-201423)、2017年度黑龙江省教育厅基本科研业务专项及高等学校教改工程项目的支持下完成的)。
参考文献：
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梁法库等.一种静电动力机实验仪[ZL]CN105070160A，2015.11.18
发明内容
解决课堂或课下用的静电动力机，着重通过若干梳齿状构造的金属导体板在静电力驱动连续转动的方法。
技术方案：一种制作旋转板连续转动静电动力机的方法，主要由电极板、旋转板、高压静电电源、正极导体环、负极导体环构成，其特征是：电极板包括若干偶数N块金属导体平板，所述若干偶数N块不少于4块，并两两金属导体平板在同一平面内以塑料转盘转轴为对称轴等分垂直于塑料转盘转轴的圆平面，也就是电极板中相邻金属导体平板夹角均为360°/N，电极板垂直并固定于高密度绝缘板上；所述旋转板是由表面光滑、材料相同、大小相同的若干正整数M块金属导体平板组成，所述正整数M为数M小于数N，且不等于1及N的公约数，旋转板中的若干数M块金属导体平板其相邻夹角均为360°/M；所述电极板与旋转板均为切割成相同若干数P条梳齿状构造，所述若干数P不少于2，电极板梳齿部分与旋转板梳齿部分宽度小于梳齿间的空隙(缝隙)宽度(梳齿刚好通过梳齿间的空隙)，旋转板旋转时可以自由通过电极板；当旋转板旋转通过电极板时梳齿顶部刚好与梳齿间空隙的底部相互接触(也就是电极板梳齿顶部与旋转板梳齿间空隙底部、旋转板梳齿顶部与电极板梳齿间空隙底部刚好能接触)；所述旋转板中若干偶数M块金属导体平板之间彼此绝缘且通过直金属摆动杆连接在塑料转盘上固定，所述旋转板垂直于高密度绝缘板；再用带绝缘皮的连接导线附于高密度绝缘板表面连接电极板中若干偶数N块金属导体平板，分别与高压静电电源两极端通过双刀开关连接实现电极板中相邻金属导体平板带异号电荷；所述塑料转盘转轴穿过塑料转盘的光滑中心孔，塑料转盘转轴垂直固定在高密度绝缘板上，演示时候，先将旋转板中的金属导体平板一侧刚好能接触电极板一侧(旋转板与电极板均有一定厚度，此时旋转板与电极板刚偏离同一平面接触，避免启动电源开关供电时旋转板与电极板在同一平面内接触，使旋转力矩为零而无法启动)，或者先给旋转板一个初转速度，再启动电源开关供电，旋转板受到静电力力矩，也就是在启动电源开关供电时，与电极板接触的旋转板携带同号电荷，受静电力力矩作用运动又与下一个电极板放电携带同号电荷，旋转板依次重复这一规律，就连续向一个方向转动了。由于M块旋转板中的金属导体平板不是同时与电极板接触，旋转板可以始终受到同一方向的旋转力矩，不会发生M块旋转板同时放电力矩发生突变现象，也有利于保护高压静电电源。
产生的思想，是本发明人在研制静电动力机，为增大静电力把跳球改换成导体平板，在正负电极板间距(极板间静电压未达到放电电压)一定时，用增大电极板与摆动板(光滑金属平板)面积结合杠杆原理增大转轮的驱动力矩方法，经过多次试验获得成功，但在实验时候发现高压静电电源常被烧毁，摆动在转向瞬间力矩发生了突变，要想实现连续转动还得有转换杆，如何克服以上缺陷，就是本申请要解决的问题。
与现有技术方法显著不同，有益之处在于：(1)旋转板直接连续转动，避免了以往旋转板(摆动板)摆动时在摆动板改变转向瞬间发生的转动力矩大幅度突变情况(容易损坏装置，因为存在旋转板、直金属摆动杆、塑料转盘及负载的转动惯量)；(2)将旋转板与电极板设计为梳齿状，既不影响旋转板的有效载电荷面积，同时又减少了空气阻力，实现旋转板整体始终受到同向驱动力矩；(3)由于M块旋转板中的金属导体平板不是同时与电极板接触，不会发生M块旋转板同时放电力矩发生突变现象，也有利于保护高压静电电源，(4)制造成本低、运行成本低和无污染的，易于制作、结构简明，效果明显。
在教学中应用会增加更多的教育功能，可用来取代或互补现有的热机及电动机(安培力，磁场对电流的作用力)等，是一项很有意义具有开拓前景的工作。
附图说明
附图1为俯视示意图
附图2为结构示意图
其中：1.电极板，2.旋转板，3.高压静电电源，4.高密度绝缘板，5.塑料转盘转轴，6.塑料转盘，7.连接导线，8.正极导体环，9.负极导体环
具体实施方式
以电极板数N＝4，M＝3，P＝2为例作为进一步具体实施说明
如附图1与附图2：一种制作旋转板连续转动静电动力机的方法，主要由电极板1、旋转板2、高压静电电源3、正极导体环8、负极导体环9构成，其特征是：所述电极板1包括金属导体平板a与金属导体平板a1、及金属导体平板b与金属导体平板b1，所述金属导体平板a与金属导体平板a1、及金属导体平板b与金属导体平板b1分别平行并以塑料转盘转轴5为对称轴等分垂直于塑料转盘转轴5的圆平面，也就是金属导体平板a与金属导体平板b、及金属导体平板a1与金属导体平板b1夹角均为90°，且垂直固定于高密度绝缘板4上，所述正极导体环8连接并固定在金属导体平板a与金属导体平板a1上，负极导体环9连接并固定在金属导体平板b与金属导体平板b1上，再用带绝缘皮的连接导线7附于高密度绝缘板4表面分别与高压静电电源3两极端连接，并由双刀开关控制供电，所述正极导体环8与负极导体环9互相绝缘均套在塑料转盘6下的塑料转盘转轴5上且间距保持在不能互相放电；所述旋转板2是由表面光滑、材料相同、大小相同金属导体平板c、金属导体平板d与金属导体平板e构成，所述电极板1与旋转板2均为切割成相同梳齿状构造，电极板1梳齿部分与旋转板2的梳齿宽度小于梳齿间的空隙(缝隙)宽度(梳齿刚好通过梳齿间的空隙)，旋转板2旋转时可以自由通过电极板1；当旋转板2旋转通过电极板1时梳齿顶部刚好与梳齿间空隙的底部相互接触(也就是电极板1梳齿顶部与旋转板2梳齿间空隙底部、旋转板2梳齿顶部与电极板1梳齿间空隙底部刚好能接触)；所述金属导体平板c、金属导体平板d与金属导体平板e分别连接固定在塑料转盘6上，均垂直于高密度绝缘板4，且等分垂直于塑料转盘转轴5的圆平面，也就是金属导体平板c、金属导体平板d与金属导体平板e夹角分别为120°；塑料转盘转轴5穿过塑料转盘6的光滑中心孔，塑料转盘转轴5垂直固定在高密度绝缘板5上。
演示时候，先将旋转板2中的金属导体平板c、金属导体平板d与金属导体平板e其中之一刚好能接触电极板1，但不与接触的电极板1在同一平面内，或者先给旋转板一个初转速度，启动电源开关供电时，旋转板就定向转动了。
Claims (2)
1.一种制作旋转板连续转动静电动力机的方法，主要由电极板、旋转板、高压静电电源、正极导体环、负极导体环构成，其特征是：所述旋转板是由表面光滑、材料相同、大小相同的若干正整数M块金属导体平板组成，所述正整数M为数M小于数N，且不等于1及N的公约数，旋转板中的若干数M块金属导体平板其相邻夹角均为360°/M。
2.根据权利要求1所述的一种制作旋转板连续转动静电动力机的方法，其特征在于：所述电极板与旋转板均为切割成相同若干数P条梳齿状构造，所述若干数P不少于2，电极板梳齿部分与旋转板梳齿部分宽度小于梳齿间的空隙宽度，旋转板旋转时可以自由通过电极板；当旋转板旋转通过电极板时梳齿顶部刚好与梳齿间空隙的底部相互接触。
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