基本介紹
工作原理,使用原理,驗電器作用,測量電量,感應法,接觸法,注意事項,作電勢差計用,
工作原理
金屬球、金屬桿、指針相當於電容器的一個電極，金屬外殼也相當於一個電極，它們之間是絕緣的。其電容的大小由金屬殼的幾何尺寸的大小和金屬桿及指針的長短、位置所決定。因為指針的偏轉角變化對靜電計的電容的影響很小，故在指針轉動過程中可近似認為靜電計的電容值不變。
現以測電容器電壓為例說明其原理。將一個已充電電量為Q的平板電容器與靜電計相連，此時指針和金屬桿帶正電，外殼的內表面將出現負的感應電荷，從而在金屬桿與外殼間形成電場，指針表面的電荷受到電場力的作用，或者說受到來自桿上同種電荷的排斥力及金屬盒內壁的異種電荷的吸引力，使得指針偏轉，帶電量越多，場強越強，則指針的偏角也越大。
根據
，可知當靜電計電容保持不變時，靜電計兩極間的電勢差U 與其帶電量Q成正比，U越大，Q越大，指針所受電場力越大，指針張角因此就越大。由此可見，指針張角大小能定性地反映靜電計兩極間的電勢差的大小。
使用原理
當A帶電時，電荷主要分布在a、b、c和d四個尖端部位，其中c和d兩部分所帶電荷以斥力相作用，指針受到一個使它張開的電力矩L1的作用。由於指針的重心略在旋轉軸O點之下，當L1使指針張開後，指針的重力便產生一個使指針復位的重力矩L2。隨著指針的偏轉，L1漸小（因為c與d的距離增加，庫侖力變小，力臂也變小）而L2漸大（因為重力力臂增加）。當L1與L2相等時，指針停在某一位置（是穩定平衡），指針的張角為α°。
當A所帶電量q較大時，c和d所帶電量也較大，L1就大，所以α也就大。由於q決定α，所以α的大小能表示q的大小。這就是靜電計可以當作驗電器使用的道理。
由於靜電感應，當A帶電後， B的內層一定帶上與A異號的電荷。若B不接地，則B的外表面帶上與A同號的電荷。若B接地，則B的外表面不帶電。由於靜電計結構的對稱性，可以粗略地認為B上的電荷對指針的作用力不產生使指針轉動的力矩，指針的張角主要由c和d所帶電量決定。
驗電器作用
由於B的禁止作用，使A的下部較少受外界電場的影響。而A的上端a露在B之外，所以，外電場能由A的上端施加感應。當帶電體移近不帶電的靜電計時，由於靜電感應，A的上部a處出現與帶電體異號的電荷，而A的下端c和d處出現與a等量的、與帶電體同號的電荷。於是指針就張開了。帶電體所帶電量越多、移得越近，則張角越大。當帶電體移去時，指針又回到原位。我們可以用這種感應法檢驗物體是否帶電、帶電多少及演示靜電感應現象。
某物體與不帶電的靜電計的a處接觸後移去，若此時靜電計指針張開，說明靜電計因與該物體接觸而帶電，從而可以判定這個物體是帶電體。若物體與不帶電靜電計的a處接觸後移去，靜電計指針仍閉合，則證明該物體與a接觸的部位不帶電。指針是否張開及張開角度大小能用來判定物體與a接觸部位是否帶電及帶電多少。這種接觸法不能對物體未接觸部位的帶電情況作出判斷，更不能用來測量整個物體所帶的電量，有很大局限性。
測量電量
加裝法拉第圓筒後，靜電計就可以用來演示靜電平衡時導體表面電荷分布的規律了。帶絕緣柄的金屬小球先後與帶電尖形導體的3、2和1處接觸後，與筒的內壁相碰，將與尖形導體接觸時所帶之電荷移至靜電計A上。由靜電計的不同張角可以判斷出凹進的3處不帶電、2處帶少量電荷、而尖端1處帶電最多。這表明靜電平衡時導體表面曲率大處電荷密集，尖端帶電最多。
感應法
靜電計還可以用來檢驗物體所帶電荷的種類（正或負）。正確的檢驗方法是“感應法”。具體辦法是先使靜電計中心桿A帶上已知種類的電荷。例如用絲綢摩擦過的玻璃棒接觸a球，使A帶上正電荷，靜電計指針張開一個中等角度。若帶電體由遠處向靜電計移近的過程中，靜電計指針張角越來越大，則此物體帶的電荷與靜電計原來所帶的電荷同類（正電荷）。因為帶正電荷的物體移近時，與a處的正電荷相斥，使A上的正電荷向下端c、d處集中，c和d間的斥力增加，a隨之增大。若物體所帶正電荷較多或移得很近時，c和d處的正電荷可能達到或超過原來A所帶的全部正電荷，張角變得更大。這時a處不帶電或帶負電。總之，只要物體帶正電荷，它移近帶正電荷的靜電計時，靜電計指針張角將單調增大）。而帶電體移去的過程中，靜電計指針的角單調減小。
反之，若帶電體由遠處移近帶（正）電的靜電計的過程中，靜電計指針張角越來越小或者先逐漸減小至閉合繼而張開，則此物體所帶電荷與靜電計原來所帶電荷是異種電荷（負電荷）。因為帶負電荷的物體移近時，與正電荷相吸引，使A上的正電荷由 c和d處向a處轉移。c和d處的正電荷少了，靜電計指針張角也就小了。若物體所帶負電荷較多或移得較近，則可能使全部正電荷集中在a處，c和d處沒有電荷，指針閉合。帶電體再移近，則a處正電荷超過原來A上的全部正電荷，c和d處帶負電，指針重新張開。帶電體移去的過程中，指針逐漸閉合繼而逐漸張開。若物體帶負電荷較少或較遠，則向帶正電的靜電計移近時，指針張角單調減小。
當物體帶電較多時，只要注意不過分接近靜電計，避免靜電計與帶電物體間放電，則用感應法檢驗電荷正負，物體上的電荷沒有損失，可以重複驗證，得出準確的結果。
接觸法
有人用“接觸法”檢驗物體帶電的正和負。具體做法也是先使靜電計中心桿A帶上已知種類的電荷（如正電荷），靜電計指針張開一個中等角度。將待檢驗的帶電物體接觸a，若指針張角變大，就認為物體與靜電計帶同種電荷（正電荷）；若指針張角變小或閉合，則認為物體與靜電計帶異種電荷（負電荷）。這種檢驗電荷正、負的方法是不可靠的。當物體與靜電計帶同種電荷或雖帶異種電荷而電量較少時，用“接觸法”得到的結論是對的；當物體帶與靜電計異種的電荷且電量較大時，“接觸法”得出的結論是錯誤的。如前所述，帶大量異種（負）電荷的物體移近帶正電靜電計的過程中，靜電計指針張角先是變小至閉合，繼而又張開，此時c和d處已帶負電。物體與a接觸時，a處的正電荷被中和，大量負電荷傳至A，指針張角會進一步增大。如果不注意物體移近過程中靜電計指針張角的變化，僅由接觸時張角變大而認為物體帶正電，就錯了。而且，經“接觸法”檢驗後，物體的帶電情況已經因與a接觸而變化，不能重複核對。所以建議捨棄“接觸法”、採用“感應法”來檢驗物體所帶電荷的種類。
注意事項
靜電計在上述各實驗中作驗電器使用時，外殼B接地與不接地都可以。
作電勢差計用
構成靜電計的A和B，是兩個互相接近又彼此絕緣的導體。A和B組成一個電容器，A和B各是電容器的一個極。用WQ—5 A型萬用電橋測得一般靜電計的電容C0為 9—11pF。 A所帶電量Q和 A、 B間電勢差U之間的關係是
U大則Q大，靜電計的指針張角α也就大。所以，α的大小反映出U的大小。這就是靜電計用來測量電勢差的道理。因為靜電計常用來測量電勢差，所以又叫電勢差計。
