在静电实验中,常常要检验带电体上电荷的电性。用验电笔中的短氖管做成一个正负电荷检验器,使用起来十分方便。
其实短氖管本身就可作为带电体电性检验器。当氖管一端接触带电体,另一端接地,若氖管的辉光发生在接地端的电极,则表明带电体带正电荷;反之,若氖管的辉光发生在靠近带电体一端的电极,则表明带电体带负电。这样,通过观察辉光在氖管中出现的位置,就能准确地检验带电体上电荷的电性。
为了使用时简便、安全,可把短氖管固定在长约40厘米的胶水棒上,并在短氖管的另一端焊接一段长2~3厘米的硬导线作为尖端,如图3-4所示。使用时,用手握棒,使其尖端接触带电体,根据氖管发光的位置就可判断带电体的电性。
为什么由氖管中辉光的位置就能确定带电体上电荷的正负呢?这是由氖管的辉光放电特性决定的。
长氖管在标准发光时,从阴极到阳极空间依次是:1.阿斯顿暗区、2.阴极光层、3.阴极暗区、4.负辉区、5.法拉第暗区、6.正柱区、7.阳极暗区、8.阳极光层。如图3-5所示。由气体辉光放电原理可知,在外加电压不变的情况下,当长氖管的两极逐渐靠近时,阳极光层先消失,接着是正柱区缩短以致消失,然后法拉第暗区也缩短、消失,最后负辉区的长度也随着缩短,但靠阴极一端的负辉区的明显界线位置不变。当阳极与这个清楚的界线非常接近时,一般情况下,辉光放电就停止了。但是,如果外加电压很高,辉光放电仍可进行,这时就只能观察到阴极的橙色光层,这就是所谓的阻滞放电。在静电实验中电压较高,短氖管两极又靠得很近,氖管中的辉光放电就是阻滞放电情况,看到的电辉就是阴极光层,它在阴极表面,即氖管电势较低的一端。因此用短氖管检验带电体时,若辉光出现在靠近带电体一端的电极,说明带电体的电势低于地电位,带电体带负电;反之,说明带电体带正电。这样,通过观察短氖管中辉光出现的位置,就能很快地确定出带电体上电荷的正负。
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