Question

静电计的原理

Answer 1

静电计的工作原理是：
1、将一个已充电电量为Q的平板电容器与静电计相连，此时指针和金属杆带正电，外壳的内表面将出现负的感应电荷。
2、从而在金属杆与外壳间形成电场，指针表面的电荷受到电场力的作用，或者说受到来自杆上同种电荷的排斥力及金属盒内壁的异种电荷的吸引力，使得指针偏转，带电量越多，场强越强，则指针的偏角也越大。
3、可知当静电计电容保持不变时，静电计两极间的电势差U与其带电量Q成正比，U越大，Q越大，指针所受电场力越大，指针张角因此就越大。由此可见，指针张角大小能定性地反映静电计两极间的电势差的大小。

Answer 2

金属球、金属杆、指针相当于电容器的一个电极，金属外壳也相当于一个电极，它们之间是绝缘的。其电容的大小由金属壳的几何尺寸的大小和金属杆及指针的长短、位置所决定。因为指针的偏转角变化对静电计的电容的影响很小，故在指针转动过程中可近似认为静电计的电容值不变。
现以测电容器电压为例说明其原理。将一个已充电电量为Q的平板电容器与静电计相连，此时指针和金属杆带正电，外壳的内表面将出现负的感应电荷，从而在金属杆与外壳间形成电场，指针表面的电荷受到电场力的作用，或者说受到来自杆上同种电荷的排斥力及金属盒内壁的异种电荷的吸引力，使得指针偏转，带电量越多，场强越强，则指针的偏角也越大。
根据 ，可知当静电计电容保持不变时，静电计两极间的电势差U 与其带电量Q成正比，U越大，Q越大，指针所受电场力越大，指针张角因此就越大。由此可见，指针张角大小能定性地反映静电计两极间的电势差的大小。
使用原理编辑
当A带电时，电荷主要分布在a、b、c和d四个尖端部位，其中c和d两部分所带电荷以斥力相作用，指针受到一个使它张开的电力矩L1的作用。由于指针的重心略在旋转轴O点之下，当L1使指针张开后，指针的重力便产生一个使指针复位的重力矩L2。随着指针的偏转，L1渐小（因为c与d的距离增加，库仑力变小，力臂也变小）而L2渐大（因为重力力臂增加）。当L1与L2相等时，指针停在某一位置（是稳定平衡），指针的张角为α°。
当A所带电量q较大时，c和d所带电量也较大，L1就大，所以α也就大。由于q决定α，所以α的大小能表示q的大小。这就是静电计可以当作验电器使用的道理。
由于静电感应，当A带电后， B的内层一定带上与A异号的电荷。若B不接地，则B的外表面带上与A同号的电荷。若B接地，则B的外表面不带电。由于静电计结构的对称性，可以粗略地认为B上的电荷对指针的作用力不产生使指针转动的力矩，指针的张角主要由c和d所带电量决定。 [1]
验电器作用编辑
由于B的屏蔽作用，使A的下部较少受外界电场的影响。而A的上端a露在B之外，所以，外电场能由A的上端施加感应。当带电体移近不带电的静电计时，由于静电感应，A的上部a处出现与带电体异号的电荷，而A的下端c和d处出现与a等量的、与带电体同号的电荷。于是指针就张开了。带电体所带电量越多、移得越近，则张角越大。当带电体移去时，指针又回到原位。我们可以用这种感应法检验物体是否带电、带电多少及演示静电感应现象。
某物体与不带电的静电计的a处接触后移去，若此时静电计指针张开，说明静电计因与该物体接触而带电，从而可以判定这个物体是带电体。若物体与不带电静电计的a处接触后移去，静电计指针仍闭合，则证明该物体与a接触的部位不带电。指针是否张开及张开角度大小能用来判定物体与a接触部位是否带电及带电多少。这种接触法不能对物体未接触部位的带电情况作出判断，更不能用来测量整个物体所带的电量，有很大局限性。