13.静电综合实验.PDFVIP

13. 靜電綜合實驗 【目 的】 檢驗物體是否帶電、帶電種類、帶電多寡、電荷分佈等靜電相關特性。 【方 法】 靜電產生棒或檢驗棒上所帶的電荷，以感應或接觸方式傳輸至法拉第冰筒，經由 靜電計量測內外兩金屬網之間的電位差。因為法拉第冰筒可以被視為一個電容器，所 以兩金屬網之間的電位差與電荷量成正比而且電位差的正負值分別表示電荷的正負 極性。 【原 理】 一、靜電計的原理(Basic Electrometer PASCO Model ES-9078) 其實，靜電計是一個量測電壓的儀器，除了具有高達Ω的阻抗之外，還並聯一 個內部電容器 −12 法拉，非常適合用來量測物體的帶電量，最低值 =≅C25 pF25×10 E −11 可為 10 庫侖，如圖1 所示。它的靈敏度是傳統金箔驗電器的1000倍，而且指針顯 示為中央零值模式，故可以直接得知電荷的極性。 圖 1(a) 靜電計內部結構與外部電路 (b) 靜電計與冰筒的連結 二、法拉第冰筒的規格： 法拉第冰筒是由兩個圓柱型的金屬網所組成，內層金屬網具有底部為真正的冰 筒，但是沒有蓋子，以三支絕緣短棒撐住；外層金屬網只具有屏蔽效應，可以阻隔外 部電荷與外部電場的干擾。如果兩個金屬網被視為一個圓柱型的電容器，將相關參數 2πε L a cm 5 L cm 15 b cm7.5 ]代入公式 0 ，電容 [內筒半徑 ，高 以及外筒半徑 C b ln( ) a 2 0.15πε × 的理論值為 C 0 20pF ，但是經由專業LCR 儀器量測的實驗值為 15 ln( ) 10 C pF ≅25 。當法拉第冰筒無論因感應起電或者接觸起電，都會使得內外兩層金屬網 E 之間產生電位差V，於是冰筒的帶電量則為 Q=CV，即電位差與電荷量成正比之緣由。 三、電荷產生棒的帶電傾向： 電荷產生棒有兩支，分別為白色及藍色的導電表面，兩者都是附著於非導電的 握桿上，當藍、白兩面摩擦之後，白色棒會帶正電，藍色棒則會帶負電。 【裝 置】 高壓電壓源 靜電計 【儀 器】 靜電計(1)、靜電高壓電壓源(1)、藍色電荷產生棒(1)、白色電荷產生棒(1)、銀 色檢驗棒 (1)、法拉第冰筒(1)、導電球(2)、BNC 接線(1)。 【注 意】 1. 每次使用靜電計之前，都要壓下ZERO 按鈕，參考圖2(a)，