关于静电基本实验介绍

[拼音]：jingdian jiben shiyan

[外文]：electrostatic fundamental experiments

描述静电学中基本物理现象的基础性实验。早在公元前约 600年古希腊已有关于静电现象的初步文字记载，到16世纪中期开始有了一些静电现象的实验研究，后来逐步发展为系统的定量研究。这组实验确定了：电荷只有正、负两种；电荷守恒；库仑静电作用力定律等。

用毛皮摩擦过的琥珀或胶木棒，能够吸取碎草、纸屑等轻细物体，这是一种静电效应。能产生静电效应的物体带有电荷，叫做带电体。

静电效应可用验电器检验。早期的验电器是用蚕丝悬挂一个木髓球（图1）构成的木髓球验电器。在带电体周围，对木髓球显示吸引力的空间就是存在静电场的空间。比较精确的检验得用金箔验电器。

可由下列实验了解传导和绝缘的现象。

（1）手持胶木棒中段，用毛皮摩擦其一端，然后移近验电器，便能吸引木髓球。如果把未经摩擦的一端移近验电器，则没有这种吸引力。可见在胶木棒上摩擦生成的电荷保留在原处，不会转移到别处去。

（2）换用金属棒重复上述实验，验电器检查不出金属棒带电的任何迹象。

w.吉伯根据实验①和②的结果，按能否用摩擦方法使材料带电，从而把材料分为“电质”和“非电质”。

（3）持金属棒中央的胶木手柄，用毛皮摩擦金属棒的一端，然后把金属棒移近验电器，可知金属棒两端都已带电。实验说明金属不但能借助摩擦而带电，并且能把电荷转移到金属的其他部位，这种现象叫做传导或导电。

金属的导电作用可进一步用实验证明。用手指轻触上述带电的金属棒，或持另一根金属棒同它接触，它就丧失了吸引木髓球的能力，说明原先带的电荷通过金属和人体已全部传导入地。如果改用胶木棒接触带电的金属棒，金属棒就仍然有吸引木髓球的能力，说明胶木棒不导电。据此电质和非电质应分别正名为电的导体和绝缘体。金属是良好的导体，玻璃、树脂、胶木、丝绸等是良好的绝缘体。

正电和负电的概念，起源于下列一些实验。

（1）以毛皮摩擦使两根树脂棒带电，其中一根是用细丝线水平悬置的（图2），再把另一根向它移近，它就受到斥力而后退。

（2） 改用丝绸摩擦两条玻璃棒重演上述试验，带电的玻璃棒也互相推斥。

（3）把用毛皮摩擦过的树脂棒水平悬置在丝线上，再用丝绸摩擦过的玻璃棒靠近它，两者会互相吸引。

法国科学家 C.-F.迪费用类似的方法对多种材料进行试验后提出:有两种而且只有两种性质不同的电。玻璃棒经丝绸摩擦后所带的电可做为一种电的代表，迪费称为“玻璃电”；树脂棒经毛皮摩擦后所带的电为另一种电的代表，迪费称为“树脂电”。后来，玻璃电改称正电或阳电；树脂电改称负电或阴电。迪费还提出静电力的定性规律：异性电相吸，同性电相斥。

用毛皮摩擦树脂棒，用丝绸摩擦玻璃棒，然后把这两根带异性电的棒分别悬挂。把毛皮移近树脂棒，或把丝绸移近玻璃棒，都表现出相吸；而把毛皮移近玻璃棒，或丝绸移近树脂棒，则都表现出相斥。这说明摩擦使异性电同时出现在互相摩擦的一对物体上。

令一对支持在绝缘座上的导体B和C互相接触（图3），然后把带电体A移近导体B的右测。如果A带的是正电，则因异性电相吸，导体B的右端出现负电；同时，因同性电相斥，导体C的左端出现正电。这种现象叫做静电感应。如果这时把导体B和C分开，就可以使两端感应的电荷分别保留在两导体上。

导体B和C所获得的电荷的性质可用验电器检验。令带电体A接触验电器的木髓球，它从A通过传导获得正电后，就被斥离。然后，移此验电器试验B和C导体，带有正电的木髓球被B吸引而被C推斥，证明前者带有负电，后者带有正电。

1843年，m.法拉第将一只盛冰用的锡铅合金桶（直径为7英寸，高为10.5英寸）和一只灵敏的金箔验电器相连接（图4），进行了一系列精确的实验，并得出了定量的结论。

（1） 用丝线悬挂带电的导体球，从冰桶小口降到冰桶内腔深处，但不接触桶壁（图5）。如果导体球带的是正电，由于静电感应作用，桶壁内表面就出现负电，正电则转移到桶壁外表面和验电器下端，原先垂下的两片金箔因而得到正电，互相排斥而张开。

（2）移动带电球在桶内的位置，只要不提升到靠近桶口的地方，金箔的张角就保持不变。所以金箔的张角能可靠地显示深入桶内的电荷。把带电球体提出桶外，移到远处，金箔就下垂。

（3）令桶内的带电球体与桶壁内表面接触，金箔张角不变。然后把球体提出桶外，金箔张角仍不变。但球体已丧失了全部电荷。

（4）令带电球体悬在桶内，金箔张开，然后以手指触一下桶壁外表面，金箔就下垂，表示冰桶外表面和验电器上原先感应的电荷通过人体传入大地。再提出带电球体，金箔又张开。但桶外表面的电荷与球体的电荷性质相反。再把带电球体放入桶内，金箔由张开转入下垂。待球体落到桶底，与桶壁接触后，再提出桶外，全过程中金箔始终保持下垂，可见球体已失去了所有的电荷。

（5）令带电的导体球A悬在桶内深处，观察金箔的张角。然后把任意形状和材料构成的不带电的导体球 B悬入桶内，金箔张角不变。令B和A接触，张角仍不变。最后把物体B提出桶外，因为B把从A分得的那部分电荷带走了，所以张角缩小。

（6）把丝绸系在绝缘棒的下端，与玻璃棒一同伸入桶内，互相摩擦，金箔保持下垂不动。如果把丝绸或玻璃棒撤出桶外，金箔就张开同样的角度。

冰桶实验①～④的结果表明，静电感应作用下出现的异性电荷是等量的。实验⑥的结果表明，摩擦起电必定使等量的异性电荷同时出现。所以，无论用感应方法或用摩擦方法都不能产生电荷，只能使共存的等量异性电荷互相分离。分离的等量异性电荷的重新结合叫做中和。中和只是使异性电荷的静电效应互相抵消，绝不是电荷的消灭。

实验⑤的结果表明，传导只能使分离出来的电荷分配于导体A和B，电荷的总量既不增也不减。

以上全部结果可概括为一条，即电荷不能创生也不能消灭，任何过程中系统内正电荷与负电荷的代数和保持不变，这就是电荷守恒定律。电荷守恒定律经过一切物理事实的检验而得到公认。

c.a.de库仑用他精心设计的扭秤直接用实验确立了静止电荷之间的作用力的著名定律，后人命名为库仑定律。

静电实验采用现代的一些绝缘材料如有机玻璃、塑料等，效果好些。但是静电实验对环境有较高的要求，在通常条件下，做定量的静电实验是相当困难的。