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验电器与静电计

验电器与静电计

验电器就是检验物体是否带电的仪器，其实它不仅可以检验一个物体是否带电，也可以检验物体带的是正电荷还是负电荷，还可以粗略比较带电体的电量多少。稍加改进就可以检测两点之间电势差的大小变化，验电器用作这种功能时常称为静电计。

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验电器的基本结构四：金属球、金属感、金箔、金属外壳四个部分组成。当它作为验电器使用时我们只关注它的金属球、金属杆和金箔三部分。图中就是我们常用的验电器：金属杆是用来导电的，使金属球上的电荷能传输到金箔上去。当金属球、金属杆和金箔带电以后，由于导体上的电荷分布情况与导体外形关系（尖锐突出的部位电荷分布最多，平坦处几乎没有电荷，凹进去的位置一点电荷也没有），故而带了电的验电器上的电荷主要集中在两片金箔上（这也是外壳用金属球的主要原因）。两金箔片由于同种电荷而相互排斥而张开（金箔片可以做得很薄，能导电且质量小，在一定库仑力作用下张角更明显），这就验电器的基本工作原理。

用验电器检验物体是否带电的方法有两种：一是将待检验物体直接与原本不带电的验电器金属球接触，如果金箔张开则表示待检验物体带有电荷。另一种方法是让带测物体非常靠近（不要接触金属球）原本不带电的验电器金属球，如果待测物体带有电荷，验电器的金箔也会张开（原因是验电器的金属球、金属杆、金箔由于感应起电而使“金箔带电”）。其实第二种方法比第一种方法效果更好些：接触法能检验出了物体是否带电，但是待检验物体上的电荷也就减少了，检验后验电器的金箔也不会自己闭合，需要手摸摸金属球让它放电，金箔才会闭合成原状（相对于验电器来说人体是一个无限大的带电体，验电器上一点点电荷传到人体如同向一杯水里加入一滴水，水面不升高一样）。而第二种方法不仅可以检测出物体是否带电，被检验物体的电量是不会变化，被检验物体离开后验电器金箔会自动闭合（因为靠近金属球只是让金属球金属杆金箔的电荷重新分布了，整体并没有带电）。

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如果先让验电器金属球原本就带上正电荷（要保证验电器的金箔张角不要太大），再让待检验物体接触或靠近验电器的金属球：如果待检验物体带正电，金箔张角会变大；如果待检验物体带负电，验电器金箔的张角会变小；如果待检验物体不带电，验电器金箔的张角就不会变化。利用这种方法就可以检验物体是否带电、带什么电荷了。

验电器的更大作用时用来判断电势高低关系的，也就是当做静电计来使用。因为实验电器的金箔张角不仅仅是受到金箔间库仑力的作用，金属外壳由于感应也会在内部空间激发电场，故而金箔张角是带电金箔、“带电的金属外壳”激发的合电场作用的结果。如果我们将验电器的金属外壳与大地相连，再让带电体与验电器的金属球接触，这时验电器的金属球、金属杆、金箔以及待检验物体就是一个新的导体，而金属外壳与大地又构成了另一个导体，这两个导体之间是彼此绝缘的，它们就是一个电容器。这时金箔（通常换成了指针）张角大小任然与待检验物体的电量多少有关。我们还知道：在电容一定时，电容器上的电量多少与电容器两导体间电势差是正比关系。故而金箔张角大小就定量表示出待检验物体与大地之间的电势差大小，当“验电器”被用做这种功能时就称为静电计，如图所示就是静电计。

总之验电器和静电计结构几乎一样，知识使用方法稍有不同，功能也稍有变化。验电器主要时判断一个物体是否带电，带什么电荷，粗略比较带电体所带电量的多少；静电计能较好地比较两点电势差的大小及变化情况，还可以比较带电体电量的变化。也就是说：静电计一定能当验电器使用，但验电器不一定能当静电计使用（因为验电器不需要一定是金属外壳，验电器的金箔张角不如静电计指针判断张角大小方便）。静电计和验电器都是静电场中两种常用仪器，结构也无比相似，通常大家都不对它们进行具体的区分，就是一个仪器的两种使用方法而已。

验电器在工程技术中也有很多应用，可分为低压验电器，高压验电器等等。这是工程技术的问题了，已不是我们这里所能讨论的了。