静电感应

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静电感应的演示。把静电发电机的正极靠近一个铜管,使铜管的左端带有正电荷,右端带有负电荷。从铜管上悬挂着的验电器可以看出,电荷主要分布在铜管的两端。

静电感应是物体内的电荷因受外界电荷的影响而重新分布。[1]这个现象由英国科学家约翰·坎通和瑞典科学家约翰·卡尔·维尔克英语Johan Carl Wilcke分别在1753年和1762年发现。[2]静电发电机,例如威姆斯赫斯特电机范德格拉夫起电机起电盘,都使用这个原理。

解释[编辑]

正常的物质都带有等量的正电荷和负电荷,因此总的来说是不带电的。如果把带电的物体靠近不带电的导体,例如一片金属,则导体上的电荷将会重新分布。例如,如果把带正电的物体靠近一块金属(参见右面的图),则金属上的负电荷将会被吸引过去,而正电荷则会被排斥。这样便导致金属的靠近外界电荷的部分带有负电荷,而远离外界电荷的部分则带有正电荷。由于这只是电荷的重新分布,因此物体仍然是不带电的。静电感应是可逆的,也就是说,如果外界的电荷被移走了,那么由于物体上正电荷和负电荷之间的吸引,它们将重新搀和起来。

用静电感应来使物体带电[编辑]

用验电器来演示静电感应

静电感应也可以用来使物体带电。例如,如果把物体靠近正电荷,并同时把物体与大地用导线相连,则大地的一些负电荷会因正电荷的吸引而流入物体中。如果在这时切断物体与大地之间的导线,则物体将会带负电。

这可以用验电器(一种探测电荷的仪器)来演示。首先把带电物体靠近验电器的顶端。这将会使验电器内的电荷重新分布,使顶端带有与物体相反的电荷,而箔片则带有与物体相同的电荷。由于两个箔片所带的电荷是相同的,它们将会互相排斥而分开。这时验电器仍然不带电,只是电荷重新分布了。但是,如果用手指接触验电器的顶端,则电荷将因带电物体的吸引而从大地流入验电器的顶端。这时,验电器所带的电荷是与带电物体相反的。如果这时候把手指移开,则流入验电器内的电荷将不能逃脱,这样验电器便带有电荷。因此,即使现在把带电物体移开,两个箔片也不会重新合拢。

物体与大地相连后留下的电荷总是与外界的电荷相反的。

绝缘体的静电感应[编辑]

绝缘体也有静电感应的现象,这就是带电物体能吸引小纸片的原因。在绝缘体中,电子原子束缚着,不能在物体中自由移动;但是在原子内可以移动一点点。如果把带正电的物体靠近绝缘体,则每一个原子中的电子都会被吸引而稍微移动一点,而原子核则会被排斥,而往相反的方向移动一点。这种现象称为极化。由于这时物体中的负电荷离外面的带电物体较近,而正电荷则距离较远,将导致吸引力比排斥力大一点点。这个现象是微观的,但因为有那么多的原子,加起来效果就很明显了,足以使较轻的物体(如小纸片)被吸引。

参考文献[编辑]

  1. ^ Electrostatic induction. Encyclopaedia Britannica online. Encyclopaedia Britannica, Inc. 2008 [2008-06-25]. 
  2. ^ Electricity. Encyclopaedia Britannica, 11th Ed. 9. The Encyclopaedia Britannica Co. p.181. 1910 [2008-06-23]. 

外部链接[编辑]