中学静电实验应注意的问题

　　中学静电实验中使用的静电仪器，一般是在高电压（10⁴伏数量级）、微电量（10^－8库数量级）的状况下工作。中学静电实验中最常使用的高压静电源──感应起电机，以24厘米（起电圆盘直径）J－DJI型为例，在温度不超过40℃、相对湿度小于80％的条件下，静电感应电压可达4～6万伏，而电量只有6～10微库。用玻璃棒、橡胶棒分别与丝绸和毛皮摩擦也可以产生上千伏的电压，其电量的库仑数只在10^－9～10^－7数量级。静电实验只能在一定的条件下才能成功，其成败的关键在于“绝缘”、“环境”、“实验方法”三个方面。疏忽了其中一条，实验也要失败。

　　绝缘 

　　静电实验的首要问题是绝缘材料的选择。绝缘材料不仅要有较高的绝缘电阻，还要考虑它的化学稳定性、吸湿性、与灰尘油污的粘附力、机械强度等。目前最理想的绝缘材料是有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲脂）。它的主要性能是加热收缩率1．2～1．8％；吸水率0．3～0．4％；硬度200～240牛／厘米²；耐电压每毫米厚耐电压2万伏以上；表面比电阻大于10¹⁴欧。静电仪器各绝缘部分应尽量用有机玻璃。实验中在实验台上铺一块清洁的有机玻璃，也可大大提高实验成功率。硬橡胶、玻璃等表面对水的亲和力较强，就很难在任何环境保持良好的绝缘性能。此外，仪器表面的灰尘，纤维物以及汗渍等都可能造成表面电荷直接从此通过而漏电。因此，仪器各带电导体的表面要光洁圆滑，避免有尖锐棱角或尖端，以及防止长期搁置和保养不好造成金属表面锈蚀和镀层脱落。

　　环境
　

　　中学静电实验，均在教室和实验室中进行。由于静电实验本身的特点，所以环境──特别是环境的温度也就成为进行静电实验的重要条件。水分子（以及空气中由于宇宙射线、紫外线等产生的若干离子）附着在绝缘物表面上，会使绝缘性能大大降低，形成带电体在空气中自然漏电，而这种现象对某些亲水性物质尤为明显。如玻璃从相对湿度50％的环境移到相对湿度80％的环境中，其表面比是电阻下降为原来的1／7500。

　　另外，在通常情况下，湿度与温度有联系：气温越高，蒸发越多，空气中的饱和水汽密度越大，这也是我们常常发现静电实验在冬季较夏季效果为好的原因之一。许多人还有这样的经验，在预备室中准备实验时效果很好，但仪器在教室放置相当时间后效果就不好了，这是因为坐满学生的教室如果没有良好的通风，室内相对湿度较高。

　　实验装置应与起电机、感应圈等高压电源尽量远离，因为这些高压电源在放电过程中，使空气电离加剧，造成过量电子或离子飞向带电体，导致仪器严重漏电，影响实验正常进行。此外，冬季室内有火炉或刚刚进行过有火焰的其他实验时，要及时通风排气，因为燃烧会使空气电离和产生大量尘埃。

　　实验方法
　

　　选择好的实验方法对静电实验也极为重要，例如，摩擦起电，首先要保持起电物的干燥、清洁和光滑；第二，在摩擦过程中，要压紧并尽量使各部分受力均匀（增大接触面积），最后抽出棒时，要迅速并稍微相对转动一下；第三，为把起电棒上的电荷尽量多地传递到其他物体，如验电器上，必须让起电棒从后向前缓缓推移并同时转动。再如，带电体的连接，不要采用普通的塑料线、纱包或丝包线，尽量用有绝缘手柄的连接杆或放电叉，也可用漆包线，裸铜线或金属链条等悬空连接，要注意防止尖端和附着的尘埃、纤维等造成的放电。做静电实验时，要注意身体不要与仪器靠得太近或对着仪器呼吸。

《教学参考资料》初中物理第二册