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如何做好静电实验
来源查字典物理网| 2017-03-30 发表| 774 人浏览| 物理实验分类:实验设计

物理实验

  静电实验人们一直认为比较难做,其实只要我们掌握了其中的关键,就能做到操作自如,得心应手。

  一、实验中的关键问题

  用摩擦等方法获得静电有两个特点:

  一是电位高,可达数千伏至数万伏,使在通常情况下的绝缘体如木头、玻璃、橡胶等都失去绝缘性能,故电荷极易流失。

  二是电量少,一经漏电即很快漏完。

  因此,要做好静电实验关键在于解决绝缘问题。验电器的绝缘塞,各种导体的绝缘支架等,都要用绝缘性能良好的物质做成。实验证明,有机玻璃、塑料(聚氯乙烯)、石蜡等具有良好的绝缘性能。

  但是各种绝缘材料的绝缘性能并不是一成不变的,例如常用作静电仪器的绝缘支架的玻璃、硬橡胶棒等,在其表面清洁、干燥时绝缘性能还好,一旦表面弄脏(如落了灰尘或者被手汗污渍)或在潮湿的空气中,绝缘性能便很快消失,即使绝缘性能良好的有机玻璃、石蜡矿烛渍),或在潮湿的空气中,绝缘性能也明显下降甚至完全消失,这一点可以从下面的实验中看出:将洁净干燥的玻璃棒或硬橡胶棒与带电的验电器接触,箔片张角不变;如果用手抚摸其表面将其弄脏或用嘴哈气使其表面潮湿,重放置验电器上,箔片很快下落。因此,静电仪器的支架、底座等必须保持洁净干燥。

  石蜡具有很好的防潮功能。将一只矿烛从水中取出后立即移至带电的验电器上,可以看到箔片的张角无变化。这时尽管蜡烛表面有很多水珠,但因这些水珠互不相连,不构成通路。利用这一点我们可以在静电仪器绝缘部分的表面敷一层蜡。或将整个仪器用石蜡垫起来。如给验电器绝缘塞表面涂一层蜡以后,即使用喷雾器对着验电器喷雾,其上面带的电荷也不会失去;将一根普通的玻璃棒擦净烘干后在其中部涂一层蜡,把这根玻璃棒放如水中后取出,手持棒的一端,另端和带电的验电器接触,玻璃棒仍有良好的绝缘性能。用这样的玻璃棒来做摩擦起电的实验就很容易了。

  环境对静电的实验影响是很大的。除了湿度的影响外,有一点往往被忽视,就是空气的电离情况。我们可以做这样一个实验在带电的验电器附近点燃一根火柴,验电器上的电荷即很快失去,这是因为空气被火焰电离导电所致。因此,静电实验应避免在周围空气被电离的情况下进行,如实验室内不得生碳火;刚做过感应圈、起电机放电实验后,须打开窗子让空气流通一下再做静电实验。(利用这点,我们可以很方便的使不需要带电的绝缘体上的电荷失去,只须将带电体在酒精灯火焰上轻轻一掠即可)为了保证静电实验的顺利进行,在准备实验时,对各静电仪器的绝缘部分必须进行认真的检查,检查的方法是将各绝缘部分,分别与带电的验电器接触,看其是否漏电。?

  二、静电实验中的反常现象及其分析

  ◆在用验电器检验摩擦过的物体是否带电时,把丝绸摩擦过的玻璃棒接触验电器的金属球(杆),金属箔片张开一个小角度;为了使金属箔片张角度再大一点,将玻璃棒又跟丝绸摩擦后再次跟验电器的金属球接触,并沿一个方向来回拉动几次,会看到金属箔的张角不仅没有变大反而变小了。这是因为用丝绸摩擦过的玻璃棒(一般情况下)带正电荷,正电荷在玻璃棒(绝缘体)的表面上,但不能自由移动,实验时为了把更多的电荷传给验电器的金属球(杆),将玻璃棒与金属球接触而且来回相对滑动,由于摩擦使金属球上产生了负电荷,这产生的负电荷数量大于由棒传给金属球的正电荷数量时,验电器上原带的正电荷数就要减少,金属箔片的张角就会变小,因而出现了上述反常现象。为了避免这种现象的发生,应该注意的是:在用接触的方法使物体带电时,为了使物体上多带些电荷,必须将带电体表面不同处多次与物体进行接触,两物体切勿相对滑动发生摩擦,以免使物体与带电体摩擦后产生性质不同的新电荷,而导致实验失败。

  ◆在做感应起电静电实验时,大家都知道,用感应起电的方法使导体 A 带的电荷与原带电体 B 上的电荷性质是相反的电荷。但是有时会发生反常的现象:比如我们把摩擦过带负电荷的”塑料王”(聚四氟乙烯)片靠近一个有绝缘底座的枕形导体,用手指接触一下枕形导体的另一端后,再移走塑料片,根据感应起电的原理,枕形导体应该带上正电荷,但检验结果表明:它带的不是正电荷而是和塑料片上同性质的负电荷。经过多次实验测试表明,实验之所以出现这种反常现象,是因为实验是带负电荷的塑料片(施感电荷体)与枕形导体(感应体)过分接近而形成的。因为用摩擦的方法带电的物体,它对地的电压可高达几万伏以上,当它与枕形导体过分接近时,它将击穿空气而放电,特别是在枕形导体被接地后还在继续发生放电,这就使得枕形导体带有与塑料片上相同性质的负电荷了。所以为了避免这一反常现象,在实验时一定不能使施感电荷体与感应导体过分接近。

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