静电计为什么可以反映电容器两极板间的电压

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问:如图,静电计的这种接法为什么可以反映出电容器两极板间的电压呢?为什么不直接用电压表去测量电容器两极板间的电压呢?


先来说说静电计的构造。静电计和验电器的构造非常相似——都是一根金属杆,一头伸出外壳与一个金属球相连,另一头挂上金属箔片。验电器的外壳可以是塑料的,但是静电计的外壳是金属的所以静电计可以说就是一个电容器——金属杆与金属外壳分别是电容器的两个极,空气作为电介质。请注意,这是静电计工作原理的基础。

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验电器与静电计的对比

再来看两者的使用方法。验电器在使用的时候,只需把带电物体靠着验电器的金属球上即可。但是静电计在使用的时候,必须把金属外壳接地,而金属球与电容器的某一极板相连(此时,电容器的另一极板接地)。这种接法等同于金属球与电容器某一极板相连,而金属外壳与电容器的另一极板相连

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静电计和待测电容器的两种接法是等效的
最后再来说静电计的工作原理。它和验电器一样,都是利用同种电荷相互排斥的原理来工作——即金属杆上和金属箔片上带有同种电荷后,金属箔片就是张开一定的角度。由于静电计本身就是一个电容器,当它用上图方式和待测电容器连接后,静电计和电容器就是并联关系。根据并联的电压特点,静电计的金属杆和金属外壳间的电压就等于待测电容器两极板间的电压


当充好电的平行板电容器与静电计相连后,平行板电容器就会给静电计充电!(谁让静电计也是个电容器呢!)但是静电计的电容是很小的(可以借用平行板电容器电容的决定式来定性判断),所以静电计从平行板电容器那里获得的电荷是很少的,相对于平行板电容器来说可以忽略不计;但是对于静电计来说,这就足够它的金属片张开了。显然,静电计所带的电荷量越多,张角就越大,对应的就是静电计的金属杆与金属外壳间的电压越大——即平行板电容器的极板电压越大!如此一来,静电计金属片的张角大小就能反映出与之并联的电容器极板间的电压大小。

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这三张图里,电容器都是充电之后与电源断开的,其极板所带的总电荷量不变。随着其构造的相关因素发生变化,其电容大小会发生变化,所以会有少量电荷在极板和静电计之间转移。根据平行板电容器的电容决定式就能判断上图中静电计金属片张角的变化情况啦。

不过说到测量电容器两极板间的电压,怎么能冷落正当名分的电压表呢?这得从上述实验的目的和电压表的构造说起。上述实验是想探索平行板电容器的电容大小会与哪些因素有关,所以必须得让电容器始终带电且保证其带电量不变,通过观察极板间的电压变化,根据  来判断电容大小的变化


而电压表是何等人物?它是一个通入电流就能反应自身两端电压大小的定值电阻,和一根导线的区别就是它的电阻很大而已。正是这个特点,此实验里的电容器就会拒绝和它握手——一旦你把电压表和充好电的电容器两极板相连,极板上的电荷马上就中和了,也就是放电了!即使后面再怎么改变电容器的构造,电压表的指针都会乖乖停在零刻度!实验也就探究了个寂寞......

1 个评论

静电计是个电容器,谁是它的极板。指针角度变大,能等效与改变极板的距离还是正对面积。

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