静電高圧発生装置(バン・デ・グラフ起電機) 通称、ビリビリマシーン


電極に負電荷を帯電させる装置

基部のローラーを回転させると、ローラーに接触した合成ゴムのベルトとの間の摩擦によって、ベルトも回転する。この時摩擦によってローラーの負電荷はベルトに剥ぎ取られる。この結果ローラーは正に帯電し、ベルトは負電荷をもらって負に帯電する。

!静電気メーターを使って負に帯電していることを確認しよう!

負電荷はベルトの上昇に伴い、上部の電極内に運び込まれ、集電板に集められて電極に供給されていく。ベルトは負電荷を奪われた後、また上部のローラーとの摩擦によって正に帯電して下降していく。上部ローラーはコロジオン被膜が施され摩擦によって負に帯電するようになっている。下部ローラーは正に帯電する性質をもつ。 2つの帯電性質の異なるローラーとゴムベルトによって、負電荷を次々と電極にくみ上げる電荷ポンプになっているのだ。

上部の球形電極の電気容量は球の大きさによって決まる。球が大きくなればそれだけ大量の電荷、高い電圧に到達する。

@吸引・反発の実験 電極に負電荷が蓄積すると、周囲の空間に負の電場が生ずる。この電場に紙切れ等を放つと静電誘導によって電極との間に引力が働く。 紙を電極に触れておき、ベルトをまわして帯電させると紙も負に帯電する。従って、電極との間に反発力を生ずる。 糸につるしたピンポン玉を使ってやってみよう。

A糸の運動 短い絹糸をほぐして繊維にする。これを電極の上において発電する。繊維は静電誘導で電極に吸引されるが、直ちに電極から負電荷が飛び移り電極から反発される。繊維に移った負電荷は直ちに空中に放電し、繊維は再び電極に吸引される。

B電気力線の可視化 絹糸を25cmに切って電極の表面に貼る。電極を帯電させると絹糸は電極表面と垂直に立ち、電気力線の方向を可視化する。 さらに、立った絹糸の先端付近に導体板や手のひらを近づけると、導体の、糸の先端に近い部分に正の電荷が誘導される。このため、導体板を動かすと糸もついてくるのが見られる。

C先端放電 静電荷は曲率半径の小さい(即ち、尖った)ところほど密度が高くなる。尖ったところがあると、そこから空中に電荷が放電されてしまう。 電極のはめ合わせ部に細い針金を差して発電させると、針金の先から空中に放電する。この針の先端付近の空気中の微粒子は電気に反発されて流れができる。ローソクの炎を近づけると、炎が微粒子の流れによってたなびくのが見られる。

D電気集塵器の原理 電気集塵器は空気中の塵を帯電させて集塵板に吸着させる。 電極のはめ合わせ部からリード線をひき、端に針金をつなぐ。ガラス円筒に線香等の煙を満たしておき、円筒内に針金を入れて発電する。煙の微粒子は針金電極によって帯電され、円筒の壁面に吸着してしまう。

(注意)球形電極を傷つけないこと。ホコリや指紋がついたらエタノールを染ませた柔らかい布で、丁寧に拭き取る必要がある。 ゴムベルトがいたまないように、実験後は調節ネジをゆるめておく。


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