验电器与静电计的工作原理是什么

发布网友发布时间：2022-04-23 10:43

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热心网友时间：2023-11-01 01:15

验电器是一种检测物体是否带电以及粗略估计带电量大小的仪器，典型构造如左图所示。当被检验物体接触验电器顶端的导体时，自身所带的电荷会传到玻璃钟罩内的箔片上。由于同种电荷相互排斥，箔片将自动分开，张成一定角度。根据两箔片张成角度的大小可估计物体带电量的大小。其实这是箔片所受电场力包括箔片上同名的电荷的斥力和器皿内壁异名电荷的吸引力。如果将玻璃瓶改为使用金属盒以便屏蔽静电、金属棒和器皿引出导线以便测量两点间电势差、增加刻度以便将结果量化，那么验电器可以改造为更精确的静电计。
静电计，又叫电势差计或指针验电器，它是中学静电实验中常用的半定量测量仪器。如图所示，包括小球a、指针bc的中心杆A用绝缘塞D固定在有前后玻璃窗的圆形金属外壳B上；B的侧下方有一个接线柱；整个装置固定在一个绝缘支架上。
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