[发明专利]一种探究气体放电现象的演示平台

说明书

技术领域

本发明涉及物理实验演示教学设备，更具体的说涉及一种探究气体放电现象的演示平台。

背景技术

气体放电现象在生活中较为常见，例如，雷雨天气里的闪电，霓虹灯中的辉光放电等。在中学课本里，描述电子发现的历史过程时，设计了光谱管进行辉光放电的演示实验，使学生对气体放电现象有了直观认识，但书中对其放电机理只字未提。有的大学也利用真空镀膜机的轰击装置研究气体放电电压和气压的关系，进行较为精确的测量，但仪器较为昂贵，不便于推广。大部分现有的实验仪器可以探究的因素比较单一，多为探究气体放电电压与气压之间的关系，并没有涉及极间距、电流、不同气体等因素的探究和演示。此外，现有的实验装置几乎不能将火花放电、辉光放电、电晕放电、弧光放电等不同放电现象完整展示，也不能在一个装置中实现各种气体放电的重复探究。

发明内容

本发明的目的是提供一种探究气体放电现象的演示平台，其能够完整的展示火花放电、辉光放电、电晕放电、弧光放电等不同放电现象，并且能够控制电压、气压、电流、极间距、不同气体等因素，来观察影响气体放电时各因素间的关系。

本发明所述探究气体放电现象的演示平台，包括操作台、真空泵、真空计、真空钟罩、数字电流表、数字电压表、高压电源和球形电极，在操作台上设有操作面板，所述真空钟罩为透明体，且与操作台的上表面密封配合；所述真空泵和高压电源安装在操作台内；所述真空泵通过管道与真空钟罩连接；所述真空计通过管道与真空钟罩或与用于连接真空泵和真空钟罩的管道连接；在真空罩内设置有两个球形电极，且分别与高压电源的正负极连接，所述数字电流表串联在球形电极与高压电源之间，所述数字电压表并联在高压电源的正负极之间。

进一步，在操作台的上表面设置有通气阀门，该通气阀门通过导管与所述真空钟罩连接。通过通气阀门将不同气体（例如氮气、氦气、汞蒸气、氖气、氢气、氧气等）充入真空钟罩内，实现了不同气体的放电现象的探究。

进一步，在真空钟罩内设置有极间距调节机构，包括主刻度尺、固定在主刻度尺零刻度线一端的固定块、与主刻度尺滑动配合的游标尺，一球形电极通过铜棒与固定块固定连接，该球形电极的球心位置与主刻度尺的零刻度线相对应，另一球形电极通过铜棒与所述游标尺固定连接，该球形电极的球心位置与游标尺上的零刻度线相对应，在游标尺上设置有旋紧螺钉。

进一步，在连接真空泵与真空钟罩的管道之间设置有三通转换阀，所述真空计通过橡胶管与三通转换阀连接。

进一步，在操作台的上表面还设置有加油孔，所述加油孔通过加油管道与真空泵连接，方便了将真空泵油加入真空泵中，对真空泵进行润滑。

进一步，所述操作台的后侧沿纵向开设有插槽，该插槽中设置有背景板，该背景板与插槽间隙配合，通过增设有背景板，利于观察实验现象。

实验前，将背景板从插槽中抽出，确保通气阀门拧紧，防止漏气，检查高压电源的电压调节旋钮，确保电压为零；检查真空泵油量，若不足则从加油孔加泵油。实验时，接通电源，打开真空泵开关，真空泵开始工作，真空泵将真空钟罩内空气抽出，使真空钟罩中的气压降低，其内部真空度将在真空计上显示，当真空度达到一定值时将真空泵开关关闭，此时真空钟罩内部将成为密封系统，真空度保持不变。此时，打开开关使高压电源开启，通过电压调节按钮调节球形电极之间的电压，瞬时电压和电流示数通过数字电压表和数字电流表读出。在增大电压或则改变气压的过程中，可观察到火花放电、电晕放电、辉光放电、弧光放电，记录击穿电压以及各种放电现象的电压电流值，并结合现象分析数据，得出实验结论。倘若需要探究极间距对气体放电现象的影响，则可揭开真空钟罩，通过极间距调节机构来改变球形电极之间的极间距，再进行下一组实验。倘若需要探究不同气体的气体放电现象时，可在真空泵将真空钟罩内的空气抽到高真空度状态时，将装有其他气体的容器口密闭连接通气阀门，将通气阀门慢慢旋开，将待探究的气体充入真空钟罩内，即可进行实验。

本发明所述探究气体放电现象的演示平台，由于具有上述结构，其操作简便，方便演示，完整的展示了火花放电、辉光放电、电晕放电、弧光放电等不同放电现象，并且能够控制电压、气压、电流、极间距、不同气体等因素，来观察影响气体放电时各因素间的关系。本演示平台有利于将气体放电实验在中学、大学实验室中广泛普及，也利于开发并在科普场所展示。

附图说明

图1为本发明的原理图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明中操作台上控制面板的结构示意图；

图4为本发明中操作台的后视图；