2022-05-15 17:13:45

静电计 免费编辑 添加义项名

B 添加义项
?
义项指多义词的不同概念,如李娜的义项:网球运动员、歌手等;非诚勿扰的义项:冯小刚执导电影、江苏卫视交友节目等。 查看详细规范>>
所属类别 :
仪器仪表
仪器仪表
编辑分类

静电计,又叫电势差计或指针验电器,是中学静电实验中常用的半定量测量仪器。

基本信息

  • 中文名称

    静电计

  • 外文名称

    Electrometer

折叠 编辑本段 使用原理

当A带电时,电荷主要分布在a、b、c和d四个尖端部位,其中c和d两部分所带电荷以斥力相作用,指针受到一个使它张开的电力矩L1的作用。由于指针的重心略在旋转轴O点之下,当L1使指针张开后,指针的重力便产生一个使指针复位的重力矩L2。随着指针的偏转,L1渐小(因为c与d的距离增加,库仑力变小,力臂也变小)而L2渐大(因为重力力臂增加)。当L1与L2相等时,指针停在某一位置(是稳定平衡),指针的张角为α°

当A所带电量q较大时,c和d所带电量也较大,L1就大,所以α也就大。由于q决定α,所以α的大小能表示q的大小。这就是静电计可以当作验电器使用的道理。

由于静电感应,当A带电后, B的内层一定带上与A异号的电荷。若B不接地,则B的外表面带上与A同号的电荷。若B接地,则B的外表面不带电。由于静电计结构的对称性,可以粗略地认为B上的电荷对指针的作用力不产生使指针转动的力矩,指针的张角主要由c和d所带电量决定。

折叠 编辑本段 验电器作用

由于B的屏蔽作用,使A的下部较少受外界电场的影响。而A的上端a露在B之外,所以,外电场能由A的上端施加感应。当带电体移近不带电的静电计时,由于静电感应,A的上部a处出现与带电体异号的电荷,而A的下端c和d处出现与a等量的、与带电体同号的电荷。于是指针就张开了。带电体所带电量越多、移得越近,则张角越大。当带电体移去时,指针又回到原位。我们可以用这种感应法检验物体是否带电、带电多少及演示静电感应现象。

某物体与不带电的静电计的a处接触后移去,若此时静电计指针张开,说明静电计因与该物体接触而带电,从而可以判定这个物体是带电体。若物体与不带电静电计的a处接触后移去,静电计指针仍闭合,则证明该物体与a接触的部位不带电。指针是否张开及张开角度大小能用来判定物体与a接触部位是否带电及带电多少。这种接触法不能对物体未接触部位的带电情况作出判断,更不能用来测量整个物体所带的电量,有很大局限性。

折叠 测量电量

为测量电量,应把静电计a处的小金属球换成一个法拉第圆筒(上端有开口的薄壁金属容器)。把欲测其带电量的物体放入法拉第圆筒。设此物体带电量为q1。若该物体是导体,则它所带的电荷在与筒接触时全部移到筒外,进而分布在整个A上。若该物体是绝缘体,它放入法拉第圆筒后,只有少数接触点处的电荷移至筒的外表面。但由于静电感应,圆筒的内壁带上与物体此时所带电荷等量的异种电荷,而筒的外表面增加了同样多的与带电体同号的电荷。总之,筒的外表面(实际上是整个A)所带电量等于物体原来所带的全部电量q1。这样,不论是导体还是绝缘体,只要把它放入法拉第圆筒,静电计的指针张角α就可以用来测量它所带的电量。

加装法拉第圆筒后,静电计就可以用来演示静电平衡时导体表面电荷分布的规律了。带绝缘柄的金属小球先后与带电尖形导体的3、2和1处接触后,与筒的内壁相碰,将与尖形导体接触时所带之电荷移至静电计A上。由静电计的不同张角可以判断出凹进的3处不带电、2处带少量电荷、而尖端1处带电最多。这表明静电平衡时导体表面曲率大处电荷密集,尖端带电最多。

折叠 感应法

静电计还可以用来检验物体所带电荷的种类(正或负)。正确的检验方法是"感应法"。具体办法是先使静电计中心杆A带上已知种类的电荷。例如用丝绸摩擦过的玻璃棒接触a球,使A带上正电荷,静电计指针张开一个中等角度。若带电体由远处向静电计移近的过程中,静电计指针张角越来越大,则此物体带的电荷与静电计原来所带的电荷同类(正电荷)。因为带正电荷的物体移近时,与a处的正电荷相斥,使A上的正电荷向下端c、d处集中,c和d间的斥力增加,a随之增大。若物体所带正电荷较多或移得很近时,c和d处的正电荷可能达到或超过原来A所带的全部正电荷,张角变得更大。这时a处不带电或带负电。总之,只要物体带正电荷,它移近带正电荷的静电计时,静电计指针张角将单调增大)。而带电体移去的过程中,静电计指针的角单调减小。

反之,若带电体由远处移近带(正)电的静电计的过程中,静电计指针张角越来越小或者先逐渐减小至闭合继而张开,则此物体所带电荷与静电计原来所带电荷是异种电荷(负电荷)。因为带负电荷的物体移近时,与正电荷相吸引,使A上的正电荷由 c和d处向 a处转移。c和d处的正电荷少了,静电计指针张角也就小了。若物体所带负电荷较多或移得较近,则可能使全部正电荷集中在a处,c和d处没有电荷,指针闭合。带电体再移近,则a处正电荷超过原来A上的全部正电荷,c和d处带负电,指针重新张开。带电体移去的过程中,指针逐渐闭合继而逐渐张开。若物体带负电荷较少或较远,则向带正电的静电计移近时,指针张角单调减小。

当物体带电较多时,只要注意不过分接近静电计,避免静电计与带电物体间放电,则用感应法检验电荷正负,物体上的电荷没有损失,可以重复验证,得出准确的结果。

折叠 接触法

有人用"接触法"检验物体带电的正和负。具体做法也是先使静电计中心杆A带上已知种类的电荷(如正电荷),静电计指针张开一个中等角度。将待检验的带电物体接触a,若指针张角变大,就认为物体与静电计带同种电荷(正电荷);若指针张角变小或闭合,则认为物体与静电计带异种电荷(负电荷)。这种检验电荷正、负的方法是不可靠的。当物体与静电计带同种电荷或虽带异种电荷而电量较少时,用"接触法"得到的结论是对的;当物体带与静电计异种的电荷且电量较大时,"接触法"得出的结论是错误的。如前所述,带大量异种(负)电荷的物体移近带正电静电计的过程中,静电计指针张角先是变小至闭合,继而又张开,此时c和d处已带负电。物体与a接触时,a处的正电荷被中和,大量负电荷传至A,指针张角会进一步增大。如果不注意物体移近过程中静电计指针张角的变化,仅由接触时张角变大而认为物体带正电,就错了。而且,经"接触法"检验后,物体的带电情况已经因与a接触而变化,不能重复核对。所以建议舍弃"接触法"、采用"感应法"来检验物体所带电荷的种类。

折叠 注意事项

静电计在上述各实验中作验电器使用时,外壳B接地与不接地都可以。

折叠 编辑本段 作电势差计用

构成静电计的A和B,是两个互相接近又彼此绝缘的导体。A和B组成一个电容器,A和B各是电容器的一个极。用WQ-5 A型万用电桥测得一般静电计的电容C0为 9-11pF。 A所带电量 q和 A、 B间电势差U之间的关系是

q=C*U

U大则q大,静电计的指针张角α也就大。所以,α的大小反映出U的大小。这就是静电计用来测量电势差的道理。因为静电计常用来测量电势差,所以又叫电势差计。

阅读全文

热点资讯

我的关注