[发明专利]一种静电场屏蔽实验设备及实验操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及放电装置领域，特别是涉及一种静电场屏蔽实验设备及实验操作方法。

背景技术

电流通过气体时，电离的气体产生各种放电现象，例如自然界的闪电、人造气体放电光源(日光灯、高压钠灯、高压汞灯、激光器)。气体放电的形式多样，包括辉光放电、弧光放电、火花放电、电晕放电、高频微波放电。

实验室常见的气体放电装置主要使用升压变压器产生高压，激发放电玻璃管内的气体发光，例如使用感应圈、高压直流电源、火花发生器等。这些实验装置存在高压触电风险，操作时需要保证接地良好，只能够单纯演示气体放电，无法改变操作条件而获得不同的实验结果。

常见静电屏蔽实验使用金属笼(法拉第笼)，连接高压静电电源，当金属笼外表面粘贴的丝线张开，表明丝线带电后相互排斥而散开；笼子内部的丝线不张开，表明内部电场强度为零。该实验必须保证高压电源良好接地，以防发生触电危险。通过丝线张开以及角度大小，说明电场的存在及其变化情况，现象不够生动直观，对比程度不明显，容易受到外界环境的干扰，例如空气潮湿、空气流动等因素的影响。

发明内容

本发明提供一种静电场屏蔽实验设备及实验操作方法，具有操作安全，能够进行改变参数实验的高校实验教学装置和操作方法，解决现有静电场屏蔽实验设备高风险和无法改变操作条件而获得不同的实验结果的问题。

本发明通过以下技术方案解决上述问题：

一种静电场屏蔽实验设备，包括静电高压发生器、空气电荷收集器和实验装置，实验装置设置在静电高压发生器的上方，空气电荷收集器设置在静电高压发生器的周边，其特征在于，所述静电高压发生器包括玻璃球壳体、电源、高压电路板、金属电极、真空泵、抽气阀、真空表、真空管和绝缘外罩；

所述高压电路板设置在玻璃球壳体内，所述金属电极设置在高压电路板上，所述高压电路板通过导线与玻璃球壳体外的电源连接，所述真空泵通过真空管与玻璃球壳体连通，所述真空管上设置有抽气阀，所述真空表设置在真空管上，所述绝缘外罩设置在玻璃球壳体的外部；

实验装置包括灯管、金属支架、上下滑动金属夹子、左右滑动金属夹子和导线，所述灯管通过上下滑动金属夹子横向设置在金属支架上，左右滑动金属夹子设置在灯管上，通过导线与金属支架连接。

本发明进一步限定，空气电荷收集器包括支撑架、金属球壳、金属管、导线、氖管、电容器和火花放电器；所述金属管横向设置在支撑架顶部，所述金属管两端均设置有金属球壳，所述导线的一端与金属探头连接设置在金属管内部，另一端分别与电容器和火花放电器的一端连接，所述电容器和火花放电器的另一端均接地。

本发明进一步限定，高压电路板为正离子发射电路板或负离子发射板。

本发明进一步限定，正离子发射电路板包括电阻R1、R2、R3，若干个电容和若干个二极管，电容相互串联连接形成电容回路，电源一端经电阻R1与电容回路一端连接，电源另一端与电容回路另一端连接，电容回路折中位置断开接入一个二极管，金属电极的输入端经电阻R3和电阻R2与电容回路的折中位置的一个二极管一端连接，二极管相互串联连接形成串联二极管折链，串联二极管折链输入端与电容回路折中位置的二极管输出端连接，串联二极管折链的输出端与电阻R1的与电容连接端连接，串联二极管折链相邻两个二极管的输入端与输出端间与电容回路中的两个电容连接处连接。

本发明进一步限定，高压电路板使用绝缘塑料盒封装起来，金属电极直竖塑料盒上端。

本发明进一步限定，金属电极的长度为8厘米-12厘米，玻璃球壳体顶端与绝缘外罩顶端的距离为5厘米-10厘米。

首先关闭真空泵，使玻璃球壳内的气体处于常压(1个标准大气压)，启动高压电路板，观察并记录金属电极发生火花放电情况；打开真空泵，对密闭的玻璃球壳体内抽取真空，观察并记录真空表的数据和对应金属电极发生火花放电情况；在静电高压发生器的绝缘外罩上，放置一块绝缘材料(塑料板、纸板或木板等)，调解上下滑动金属夹子使日光灯管的D端接触绝缘材料，记录日光灯管的发光亮度是否明显变化；在静电高压发生器的绝缘外罩上，放置金属板块(铜板、铝板或铁板)，调解上下滑动金属夹子使日光灯管的D端接触绝缘材料，记录日光灯管的发光亮度是否明显变化；使用导线把金属板块连接并接地，调解上下滑动金属夹子使日光灯管的D端接触绝缘材料，记录日光灯管的发光亮度是否明显变化。

本发明的优点与效果是：