【求教贴】最近在家发现了一个现象,希望各位坛友帮助解释一下

       最近由于疫情严重,只好响应政府号召窝在家里,摆弄电弧时偶然发现未接通的电弧对小钢球具有力的作用,如视频所示。

       经研究发现如下特点:

1、多次更换所用钢球,具有相同现象。

2、在有左右固定轨道时,钢球倾向于靠近两电极中间(对调阴极阳极相对高度后钢球依然趋向中间,已验证,未在视频中体现)。见视频2

3、在无左右轨道固定时,钢球很靠近电极时会远离电极,位于电极连线上时合力趋向两电极中点且作用力较强,偏离电极连线时合力远离电极连线且作用力较弱。见视频1


主要器材:试验电源、ZVS板、可控硅高压包


       我一开始以为是极化电荷带来的电场力,可是如果真是这样的话合力就应该是两电极的引力合成,那么小球应该在靠近电极放置时向电极靠拢而非原理。

       现在也没有想出什么更合理的解释。




来自:聊天生活广场 / 科创茶话高压与强磁 / 高电压技术
2020-1-31 18:10:40
1楼

有没有可能是电弧加热了空气,空气膨胀推动了小球。

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2楼

可能类似一个充电的平板电容中间悬挂一个锡纸小球,小球接触到其中一个极板后即带上与该极板同号的电荷,与该极板相斥,与另一边相吸,向另一边运动直到接触到另一边极板,如此往复摆动。

尖端的辉光放电使得小球在未接触的情况下就能带上电荷

[修改于 25 天前 - 2020-01-31 18:24:25]

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3楼

看上去像尖端放电产生的离子风把小球吹跑的

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4楼

我觉得是电子风把小球吹走的

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5楼

金属球或者金属啥的

有个特点

叫做表面等电势

如果用磁场来比喻

可以认为像超导体抗拒磁场一样

它抗拒电场

所以它跑掉了

。。。。。。

如果是非导体会反而被吸引

。。。。。

当小球在中间的时候

整个势能最低

如果计算一下这时小球对两电极组成的两个

串联的电容的总电容

显然小球不存在时候电容最小

在中间时候其次

靠近一边时电容最大

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6楼
引用 m24h 发表于 5 楼的内容:
金属球或者金属啥的有个特点叫做表面等电势如果用磁场来比喻可以认为像超导体抗拒磁场一样它抗拒电场所以它.....

其实对于静电系统而言,“势能”低的时候反而电容最大。最简单的例子,假设一个平板电容充了电,这时要把两块极板向外拉开使电容量变小,反而需要克服库伦吸力对它做功,拉开后电容的电能会变大。

其次等势体在电场中的现象和超导体在磁场中的现象并不能这样简单的类比。比如一个典型的例子是假设平行地“塞”一块导体板到带电的平板电容侧边,它的受力方向是向里面“吸”进去的。

[修改于 25 天前 - 2020-01-31 21:34:10]

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7楼

这个好象跟高电压下的水桥实验差不多,你可以用两个装满水的杯子来试试,杯子之间会形成水桥

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8楼

电压大概多少?两极尖端间距,然后球直径的大小?

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9楼
引用 radio 发表于 6 楼的内容:
其实对于静电系统而言,“势能”低的时候反而电容最大。最简单的例子,假设一个平板电容充了电,这时要把两.....

导体和介质是非常不一样的

对于介质来说

等于将原来电容的势能转移到介质内部

因此原系统势能降低

之后电源再补充做功

比方你可以推导一下

介质让电极之间的电荷吸引减少了

其实等于原系统(不包括介质)的电容变小了

而导体不是这样的

。。。。

如果不能理解导体抗拒电场的说法

那么我们可以用磁现象来说明

对于外部电场导体内部会形成相反的电场来抵消

这内外电场建立时候类似有虚电流产生

这方向相反具有磁的互斥性

如果嫌思考麻烦可以用极端法来思考

比如这个钢球是一个超导球

(其实钢球有电阻不影响现象

只是不能存在“永恒”的斥力)

电容间充电时有虚电流和磁场吧

超导球会被电容排斥还是会被吸引呢




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2020-02-01 00:10:01
10楼
引用 m24h 发表于 9 楼的内容:
导体和介质是非常不一样的对于介质来说等于将原来电容的势能转移到介质内部因此原系统势能降低之后电源再补.....

我没说这电容连接有电源啊?

导体可以看作是介电常数趋于无穷大的一种介质,两个极板之间无论是塞进导体片还是介质片受力是肯定都是向里而且电容变大的,要是还是搞不明白买个空气联可变电容接电桥上拧一下就懂了,或者拿maxwell仿真一下。

其次对于隔绝内部场这个特性,这两种情况是相似的。但是在受力上,这样类比是不恰当的。画个图就会发现,导体在外电场作用下感应出来的表面电荷虽然使得内部电场为0,但却恰恰会把导体往外部电场强的方向吸引。图我这里就不画了,随便找个例题的解给你看看吧,理科生应该有做过如果把一个不带电的金属小球放在带电小球旁边后它会向哪边运动的题目,如果按照你的理论,导体球“抗拒”电场,那为什么又和电荷会互相吸引呢?

image.png

你的最后一个例子已经不属于“静电/静磁”的范围了。

[修改于 25 天前 - 2020-02-01 01:22:12]

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2_71828(作者)
11楼

感谢各位坛友的解答,我会明天一一实践验证的)

电压大概2kV?

球直径6mm

电极间距4cm

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12楼
引用 radio 发表于 10 楼的内容:
我没说这电容连接有电源啊?导体可以看作是介电常数趋于无穷大的一种介质,两个极板之间无论是塞进导体片还.....

说抗拒电场不对

应该是抗拒电场变化

如果实验是先打开电源再放金属球

可能就不一样了吧

。。。。。

我说的是不包含介质部分的电容

我当然还是考虑电源的存在的

毕竟楼主就是开电源出现的现象

如果没有接电源

拉开电容极板距离会增加电容势能

但是接了电源会相反吧

不过现在看来这就无关主题了

。。。。。

我觉得简单看导体是介电常数无穷大

也不能说就合适

否则介质受力是因为介电常数大了

金属板难道会受力特别大

甚至是万钧之力?








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13楼
引用 m24h 发表于 12 楼的内容:
说抗拒电场不对应该是抗拒电场变化如果实验是先打开电源再放金属球可能就不一样了吧。。。。。我说的是不包.....

好好好,你觉得就你觉得吧,照你这么说你的超导体一点电阻都没有,相当于电导无穷大,放进磁场里上面的安培力岂不是也大到爆炸。

球球你找本物理书看一下

[修改于 24 天前 - 2020-02-01 02:18:18]

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14楼

建议楼主做几个实验

用塑料球

用薄片挡住两端可能的离子风

整流后加电容保证直流和电场稳定

看看都有什么变化

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15楼
引用 radio 发表于 2 楼的内容:
可能类似一个充电的平板电容中间悬挂一个锡纸小球,小球接触到其中一个极板后即带上与该极板同号的电荷,与.....

这个好像叫做富兰克林铃

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2020-02-02 00:28:41
2_71828(作者)
16楼



目前来看试验结果比较支持辉光放电导致电极与小球带相同电荷。

1、视频2中更换成塑料球通电后小球完全没有反应(相同位置的钢球会远离电极,已验证,未在视频中体现),所以离子风作为原因是错误的。

2、辉光放电导致球与电机相排斥最显著的特点就是只与单个电极有关,在视频1中将阴极离开一段距离,小球仍然与阳极发生排斥,验证了这一特征。

3、辉光放电另一特征是阻断电荷传输后力的作用应该消失,以下视频3中通过双面胶阻断电荷传输,二力平衡被打破,小球离开平衡位置,验证了这一特征。


综上所述,我同意是辉光放电导致小钢球与电极携带相同电荷产生排斥引发上述现象。


感谢@radio 坛友提供的理论解释(我一开始真的完全没往辉光放电这一方面去想


如果各位坛友还有更好的解释或者对上述结论提出的其他验证方案,欢迎继续讨论。

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17楼

更正下,其实这个是电晕放电

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18楼
引用 2_71828 发表于 16 楼的内容:
videovideo目前来看试验结果比较支持辉光放电导致电极与小球带相同电荷。1、视频2中更换成塑料.....

小球接地应该就不会动了

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2020-02-04 15:34:35
2020-2-4 15:34:35
19楼

等离子风? 有点像是飘升机原理

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2020-02-05 00:11:49
20楼

在没有引起空气电离,产生电弧的情况下。这个就类似于小金属球在高频高压电场之间,因两个电极之间的电场影响,小金属球自身带有少量电荷,在电场作用下,会产生引力或排斥力。

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21楼

要是有条件(有真空泵)的话,可以实验一下不同真空度(从辉光明显到可以达到的最大真空度)的情况,这样可以确认一下是否是辉光放电或电晕放电导致小球带电。

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22楼

以前也这样玩过,用的是一些纸片之类的轻质东西,如果电压增大(这个不确定)或者使塑料小球开始就接触到电极

(不知道有没有先要部分微弱电离空气这个条件,楼主试试

PS这个表述不知道对不对,应该说是有微弱尖端放电),

塑料小球应该也会出现同样现象,还要说啥来着,忘了

PS羡慕楼主电源

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23楼

想起来了,金属小球可以导电,减少一部分电阻,可以更容易电离空气

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2020-02-10 09:35:09
2020-2-10 9:35:09
2_71828(作者)
24楼
引用 interesting 发表于 22 楼的内容:
以前也这样玩过,用的是一些纸片之类的轻质东西,如果电压增大(这个不确定)或者使塑料小球开始就接触到电.....

塑料小球试了试,但确实没有受力

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25楼

根据楼主分析,铁球是由于电晕放电所带有和电极相同/不同电荷导致一系列现象,那么塑料小球应该会与铁球有相同现象,暂且不考虑楼主塑料小球实验错误

塑料小球没有受力分析

  1. 原因:小球未带电荷/小球所带电荷太少不能使使小球动

  2. 解决方案:减轻小球质量,再次实验

  3. 实验具体方案:打开电源,调整电极间距离,使之有电晕放电,关闭电源,更换轻质塑料小球于电极之间,打开电源,观察小球是否运动

  4. 实验结果

这个实验中,等离子风具体是什么鄙人不知道,强行理解,从正极吹向负极,或从负极吹向正极,小球处中间,故排除这两种可能,猜想:等离子风是否是空气带有和电极同种/异种电荷而产生

而按照这种猜想,排除干扰较为困难


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