静电计测量什么?

静电计测量什么?,第1张

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。静电计可以用来检验物体所带电荷的种类并且测量电量

金属球、金属杆、指针相当于电容器的一个电极,金属外壳也相当于一个电极,它们之间是绝缘的。其电容的大小由金属壳的几何尺寸的大小和金属杆及指针的长短、位置所决定。因为指针的偏转角变化对静电计的电容的影响很小,故在指针转动过程中可近似认为静电计的电容值不变。

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。

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。静电计可以用来检验物体所带电荷的种类并且测量电量。工作原理:金属球、金属杆、指针相当于电容器的一个电极,金属外壳也相当于一个电极,它们之间是绝缘的。其电容的大小由金属壳的几何尺寸的大小和金属杆及指针的长短、位置所决定。因为指针的偏转角变化对静电计的电容的影响很小,故在指针转动过程中可近似认为静电计的电容值不变。将一个已充电电量为Q的平板电容器与静电计相连,此时指针和金属杆带正电,外壳的内表面将出现负的感应电荷,从而在金属杆与外壳间形成电场,指针表面的电荷受到电场力的作用,使得指针偏转,带电量越多,场强越强,则指针的偏角也越大。

物理教材中提到静电计是在验电器的基础上制成的,用来测量电势差。把它的金属球跟一个导体连接,把它的金属外壳跟另一个导体连接(或同时接地),从指针的偏转角度就可以测出两个导体间的电势差。对于其中的原理书中没有过多的解释,现结合验电器的原理作以下探讨。\x0d\x0a\x0d\x0a验电器的是根据同种电荷相互排斥的原理制成的,让验电器的金属小球带上点,通过金属杆与金属小球相连的两个金属箔片也会带上同种电荷。同种电荷互相排斥,金属箔片就会张开一定的角度。带电小球带的电量越多,金属箔片带的电量也越多,排斥力就越大,张角也就越大。静电计根据验电器的原理,加以改造,可根据张角的大小来判断电压的大小。\x0d\x0a\x0d\x0a如右图所示,验电器与静电计在结构上基本相同,与验电器相比,静电计上的两个金属箔其中一个固定(如右图中粗线所示),另一个可以自由张开(作为测电压大小的指针),在加上刻度盘,就成了静电计。与验电器张角大小的原理一致,静电计张角的大小反映的是“金属箔”带电的多少,即张角的大小由“金属箔”带电的多少决定。但静电计又如何反映出电压的大小,可结合验电器从静电感应的角度作出解释:\x0d\x0a\x0d\x0a验电器的金属箔带电,可能是验电器本身的金属小球带电,然后传给金属箔,使其有一定的张角。若验电器本身带的电越多,则张角越大。另外如发生静电感应,也可使金属箔张角发生变化。如右图,如让一带正电小球靠近验电器的金属小球,由于静电感应,验电器的金属小球就会带上负电荷,而金属箔带上正电荷,验电器也会张开一角度。若带电小球离验电器的金属小球越近,则静电感应越强,验电器的金属小球带的负电荷与金属箔带的正电荷都会增加,金属箔的张角也就越大。\x0d\x0a\x0d\x0a电容器的两个极板也存在着静电感应,如果两极板的距离增大,两极板的静电感应势必减弱,这样电容器B板右侧所带的正电量+Q会减少+△Q,减少的部分电量+△Q传给大地,A板左侧所带的负电荷-Q也会减少相应的-△Q,减少的部分电量-△Q只能传给静电计的金属箔,由于金属箔所带的电量增加-△Q,总电量变为-(q+△Q)这样金属箔的张角变大,对应着电容器两极板间距离增大,电容C减小,电压U变大。同理,若减小两极板的距离,极板间的静电感应将增强,电容器B板右侧的正电量会增加+△Q,增加的部分电量+△Q是从大地传给的,而A板左侧的负电荷也会增加相应的-△Q,增加的电量-△Q,只能是静电计的金属箔传给的,这样金属箔所带的电量减少-△Q,总电量变为-(q-△Q)张角将变小,对应着电容器两极板间距离减小,电容C变大,电压U减小。\x0d\x0a\x0d\x0a对电容器所带电量的讨论:通过上面的分析可以看出,电容器间的距离发生变化时,由于B板接地,结合静电感应的变化,电容器B板上的净电量+Q会发生变化,A板上的净电量-Q也会发生变化,会相应地增加或减少△Q。对于B板△Q是在B板的右侧面上与大地之间发生转移,对于A板△Q是在A板左侧与静电计的“金属箔”上发生转移。但△Q值应该非常小(因为静电计的”金属箔”本身所能带的电量是很小的),也就是电容器上的电量有微弱的变化,不是很显著。但这点微弱的电量变化对“金属箔”的张角的影响确是不可以忽略的。


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