淺議靜電實(shí)驗(yàn)的器材、環(huán)境和技巧

決定靜電實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵是絕緣問(wèn)題。而絕緣狀況是否能達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，主要與下述幾個(gè)因素有關(guān)：所用儀器的質(zhì)量，環(huán)境清潔度和溫濕度以及實(shí)驗(yàn)操作技巧等。

一、靜電絕緣材料的選擇

儀器質(zhì)量在很大程度上取決于儀器的絕緣材料。目前中小學(xué)校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備中，靜電儀器所用的絕緣材料大致有以下幾種：普通橡皮、膠木粉壓制品、石蠟、松香、火漆、玻璃、瓷、硬橡膠、塑料和有機(jī)玻璃。其中普通橡皮和膠木粉壓制品的絕緣較差，盡管上述兩者在日常生活用電和動(dòng)力用電中常常被用作絕緣體。但日常用電的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于帶靜電物體的電勢(shì)，后者通常可達(dá)幾千至數(shù)萬(wàn)伏。所以在修理或更換靜電儀器部件時(shí)，不能用普通橡皮和膠木粉壓制品去替代原有的絕緣材料。石蠟、松香與火漆的絕緣性能尚可，但它們的堅(jiān)固性較差，不宜用來(lái)作固定儀器的絕緣支柱和絕緣手柄等等。通常只能用作絕緣填充塊，避如驗(yàn)電器金屬桿及外殼之間的絕緣材料。石蠟、松香與火漆的共同缺點(diǎn)是表面易受潮及很容易粘附塵垢，且被粘附塵垢后不易除去，常常需要用刀刮去其表層或重新填注。另外，時(shí)間一長(zhǎng)，還會(huì)產(chǎn)生裂痕。當(dāng)儀器發(fā)生裂痕后，會(huì)引起許多毛疵和棱角，使表面的絕緣性能遭受破壞。玻璃和硬橡校具有一定的堅(jiān)固性，絕緣性能也較好，常被用來(lái)作絕緣支柱和絕緣手柄的材料，如起電捧、萊頓瓶、起電機(jī)橫梁等。但玻璃表面易凝附水氣，特別在潮濕天氣或溫度突然變化的情況下更是如此。補(bǔ)救這一缺點(diǎn)的有效辦法是在玻璃表面涂一層絕緣漆。硬橡膠的缺點(diǎn)是受熱或長(zhǎng)時(shí)間受力后容易變形，受光后表面會(huì)發(fā)綠褐色。變形或表面產(chǎn)生綠褐色后，其絕緣性能也會(huì)隨著顯著下降。除去綠褐色的表面能恢復(fù)絕緣性。塑料和泡沫包裝塑料用作靜電儀器時(shí)，它們的絕緣性能均很好。泡沫包裝塑料不易加工光滑，不夠堅(jiān)固，但供靜電實(shí)驗(yàn)時(shí)作絕緣底板用，效果十分良好。如果用塑料制作絕緣材料，一般來(lái)說(shuō)，無(wú)色塑料制品比其他有顏色的塑料制品絕緣性要好。因后者大多有填充材料摻和進(jìn)去。其他絕緣材料也是同樣的，選擇無(wú)色的比有色的好。有機(jī)玻璃是目前作靜電儀器的最好材料，它的絕緣性能十分良好，耐潮濕的情況也比玻璃和硬橡膠要好。用它作起電棒、起電盤、驗(yàn)電器絕緣套、感應(yīng)起電機(jī)轉(zhuǎn)盤及各種絕緣支架等都很合適。而且便于進(jìn)行機(jī)械加工，制成的另件堅(jiān)固、耐用、輕巧、美觀。幾乎能滿足所有中學(xué)靜電儀器的絕緣性。

二、絕緣性及其環(huán)境衛(wèi)生的影響

靜電儀器的絕緣性與它周圍環(huán)境的清潔情況，特別是空氣中的濕度和溫度有很大關(guān)系。溫度越高，空氣中飽和水汽的密度越大，所以當(dāng)相對(duì)濕度相同時(shí)，溫度越高，空氣中的絕對(duì)濕度就越大。而濕度越大時(shí)，絕緣體的絕緣性能就越下降。雖然純水本身是不良導(dǎo)體，但在日常空間里做實(shí)驗(yàn)時(shí)，水汽總是與灰塵、污垢等物一起附著在儀器表面。這些灰塵、纖維油污和汗?jié)n等均不乏帶有導(dǎo)電的成份，還會(huì)造成許多微小的尖端，使電荷直接從尖端通過(guò)電暈放電。

三、烘箱的制作與使用

當(dāng)空氣溫度突然升高時(shí)，儀器表面的溫度常比環(huán)境溫度低，水汽容易凝附在儀器表面上，特別是金屬和玻璃的表面上。由于這一原因，冬天做實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)儀器由寒冷的空間轉(zhuǎn)變?yōu)檩^暖和的教室時(shí)，人體呼出的大量水汽就很容易附著在儀器表面，使實(shí)驗(yàn)失敗。補(bǔ)救的辦法是，可以將儀器預(yù)先烤熱。如遇到溫濕度特別高的天氣，或者儀器由于某些原因受潮相當(dāng)嚴(yán)重時(shí)。實(shí)驗(yàn)前均應(yīng)對(duì)儀器作烘烤處理。烘烤較為理想的熱源是250瓦特的紅外線燈炮。為了烘烤方便，可以做一只專用烘箱。箱的前后兩側(cè)可用有機(jī)玻璃制作，其他面都用板材即可，在電源引入線中串接一只電壓調(diào)節(jié)開關(guān)，用來(lái)控制箱內(nèi)溫度。儀器被烘溫度不宜過(guò)高，應(yīng)控制在50℃以內(nèi)（感覺熱而不燙手）。因?yàn)闇囟冗^(guò)高會(huì)使絕緣材料老化，失去原有的絕緣性，并且難以恢復(fù)。但有些儀器，如靜電羽的絲線、電擺的小球等，不能太干燥，太干燥反而不利于電荷的儲(chǔ)存和傳導(dǎo)，稍微潮濕一點(diǎn)實(shí)驗(yàn)效果會(huì)更好。

要做好靜電實(shí)驗(yàn)，還應(yīng)注意人為技巧。如實(shí)驗(yàn)前需將手洗凈擦干.切忌用汗手或臟手去接觸儀器。特別當(dāng)汗附著在金屬部分時(shí)，不但當(dāng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生漏電，而且易使鐵制零件生銹，形成很多尖端，造成以后的漏電。用以擦拭儀器表面的布，必須是清潔干燥而不易脫落纖維的布，如果有棉花等纖維掉落在儀器上，就很可能造成漏電。例如在清潔驗(yàn)電器的絕緣套時(shí)，只要留下一根纖維，就足以破壞金屬桿與外殼的絕緣，因?yàn)槌死w維本身會(huì)直接向空氣中漏電外，還由于細(xì)長(zhǎng)纖維在電場(chǎng)中的取向作用，常會(huì)構(gòu)成金屬桿與外殼的通路。所以，在擦拭儀器時(shí)需細(xì)心加以檢查。遇有不易擦拭掉的污垢時(shí)，可以在布上蘸一些酒精再擦。擦拭有機(jī)玻璃表面的布必須是柔軟的布，不然會(huì)把表面擦出細(xì)痕。有的儀器表面不宜用布擦拭，如起電機(jī)電刷等部分，則可以用清潔毛刷除去上面的灰塵，但也要注意勿使刷毛掉落在儀器上，造成漏電。

靜電實(shí)驗(yàn)的連接導(dǎo)線盡可能利用裝有絕緣手柄的連接桿或放電叉來(lái)連接。如果用普通彩色塑膠銅線連接，也必須注意懸空，因?yàn)橥ǔＫ盟苣z線塑膠層的靜電絕緣性是不夠好的，靠在桌子上或支架上的塑膠線會(huì)產(chǎn)生漏電。

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)者應(yīng)隨時(shí)注意不要在儀器近旁正對(duì)儀器呼氣，因?yàn)槿梭w呼出的水汽凝附在儀器表面，有可能妨礙實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行。握絕緣手枘或絕緣支柱時(shí)，手不能與帶電導(dǎo)體部分靠得太近，最好是握在遠(yuǎn)離帶電導(dǎo)體的一端，因?yàn)榭拷帐植课坏牧慵砻孀钊菀啄剿畾猓@一點(diǎn)當(dāng)用手握玻璃棒及玻璃支柱時(shí)很容易直接觀察出來(lái)。