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靜電計是如何達(dá)到測量電壓的?

日期:2020-07-17瀏覽:2872次

  靜電計是如何達(dá)到測量電壓的?物理教材中提到靜電計是在驗(yàn)電器的基礎(chǔ)上制成的,用來測量電勢差。把它的金屬球跟一個導(dǎo)體連接,把它的金屬外殼跟另一個導(dǎo)體連接(或同時接地),從指針的偏轉(zhuǎn)角度就可以測出兩個導(dǎo)體間的電勢差。對于其中的原理書中沒有過多的解釋,現(xiàn)結(jié)合驗(yàn)電器的原理作以下探討。驗(yàn)電器的是根據(jù)同種電荷相互排斥的原理制成的,讓驗(yàn)電器的金屬小球帶上點(diǎn),通過金屬桿與金屬小球相連的兩個金屬箔片也會帶上同種電荷。
 
  同種電荷互相排斥,金屬箔片就會張開一定的角度。帶電小球帶的電量越多,金屬箔片帶的電量也越多,排斥力就越大,張角也就越大。靜電計根據(jù)驗(yàn)電器的原理,加以改造,可根據(jù)張角的大小來判斷電壓的大小。驗(yàn)電器與靜電計在結(jié)構(gòu)上基本相同,與驗(yàn)電器相比,靜電計上的兩個金屬箔其中一個固定(如右圖中粗線所示),另一個可以自由張開(作為測電壓大小的指針),在加上刻度盤,就成了靜電計。
 
  與驗(yàn)電器張角大小的原理一致,靜電計張角的大小反映的是“金屬箔”帶電的多少,即張角的大小由“金屬箔”帶電的多少決定。但靜電計又如何反映出電壓的大小,可結(jié)合驗(yàn)電器從靜電感應(yīng)的角度作出解釋:驗(yàn)電器的金屬箔帶電,可能是驗(yàn)電器本身的金屬小球帶電,然后傳給金屬箔,使其有一定的張角。若驗(yàn)電器本身帶的電越多,則張角越大。另外如發(fā)生靜電感應(yīng),也可使金屬箔張角發(fā)生變化。如右圖,如讓一帶正電小球靠近驗(yàn)電器的金屬小球,由于靜電感應(yīng),驗(yàn)電器的金屬小球就會帶上負(fù)電荷,而金屬箔帶上正電荷,驗(yàn)電器也會張開一角度。
 
  若帶電小球離驗(yàn)電器的金屬小球越近,則靜電感應(yīng)越強(qiáng),驗(yàn)電器的金屬小球帶的負(fù)電荷與金屬箔帶的正電荷都會增加,金屬箔的張角也就越大。電容器的兩個極板也存在著靜電感應(yīng),如果兩極板的距離增大,兩極板的靜電感應(yīng)勢必減弱,這樣電容器B板右側(cè)所帶的正電量+Q會減少+△Q,減少的部分電量+△Q傳給大地,A板左側(cè)所帶的負(fù)電荷-Q也會減少相應(yīng)的-△Q,減少的部分電量-△Q只能傳給靜電計的金屬箔,由于金屬箔所帶的電量增加-△Q,總電量變?yōu)?(q+△Q)這樣金屬箔的張角變大,對應(yīng)著電容器兩極板間距離增大,電容C減小,電壓U變大。同理,若減小兩極板的距離,極板間的靜電感應(yīng)將增強(qiáng),電容器B板右側(cè)的正電量會增加+△Q,增加的部分電量+△Q是從大地傳給的,而A板左側(cè)的負(fù)電荷也會增加相應(yīng)的-△Q,增加的電量-△Q,只能是靜電計的金屬箔傳給的,這樣金屬箔所帶的電量減少-△Q,總電量變?yōu)?(q-△Q)張角將變小,對應(yīng)著電容器兩極板間距離減小,電容C變大,電壓U減小。對電容器所帶電量的討論:
 
  通過上面的分析可以看出,電容器間的距離發(fā)生變化時,由于B板接地,結(jié)合靜電感應(yīng)的變化,電容器B板上的凈電量+Q會發(fā)生變化,A板上的凈電量-Q也會發(fā)生變化,會相應(yīng)地增加或減少△Q。對于B板△Q是在B板的右側(cè)面上與大地之間發(fā)生轉(zhuǎn)移,對于A板△Q是在A板左側(cè)與靜電計的“金屬箔”上發(fā)生轉(zhuǎn)移。但△Q值應(yīng)該小(因?yàn)殪o電計的”金屬箔”本身所能帶的電量是很小的),也就是電容器上的電量有微弱的變化,不是很顯著。但這點(diǎn)微弱的電量變化對“金屬箔”的張角的影響確是不可以忽略的。

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