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靜電計是如何達到測量電壓的？
日期：2020-07-17瀏覽：3699次
靜電計是如何達到測量電壓的？物理教材中提到靜電計是在驗電器的基礎上制成的，用來測量電勢差。把它的金屬球跟一個導體連接，把它的金屬外殼跟另一個導體連接(或同時接地)，從指針的偏轉角度就可以測出兩個導體間的電勢差。對于其中的原理書中沒有過多的解釋，現結合驗電器的原理作以下探討。驗電器的是根據同種電荷相互排斥的原理制成的，讓驗電器的金屬小球帶上點，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。靜電計根據驗電器的原理，加以改造，可根據張角的大小來判斷電壓的大小。驗電器與靜電計在結構上基本相同，與驗電器相比，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，可結合驗電器從靜電感應的角度作出解釋：驗電器的金屬箔帶電，可能是驗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。若驗電器本身帶的電越多，則張角越大。另外如發生靜電感應，也可使金屬箔張角發生變化。如右圖，如讓一帶正電小球靠近驗電器的金屬小球，由于靜電感應，驗電器的金屬小球就會帶上負電荷，而金屬箔帶上正電荷，驗電器也會張開一角度。
若帶電小球離驗電器的金屬小球越近，則靜電感應越強，驗電器的金屬小球帶的負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，如果兩極板的距離增大，兩極板的靜電感應勢必減弱，這樣電容器B板右側所帶的正電量+Q會減少+△Q，減少的部分電量+△Q傳給大地，A板左側所帶的負電荷-Q也會減少相應的-△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，總電量變為-(q+△Q)這樣金屬箔的張角變大，對應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，極板間的靜電感應將增強，電容器B板右側的正電量會增加+△Q，增加的部分電量+△Q是從大地傳給的，而A板左側的負電荷也會增加相應的-△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，總電量變為-(q-△Q)張角將變小，對應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，電容器間的距離發生變化時，由于B板接地，結合靜電感應的變化，電容器B板上的凈電量+Q會發生變化，A板上的凈電量-Q也會發生變化，會相應地增加或減少△Q。對于B板△Q是在B板的右側面上與大地之間發生轉移，對于A板△Q是在A板左側與靜電計的“金屬箔”上發生轉移。但△Q值應該小(因為靜電計的”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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