靜電基本實驗

正電和負電的概念，起源于下列一些實驗。

① 以毛皮摩擦使兩根樹脂棒帶電,其中一根是用細絲線水平懸置的（圖2帶電體的作用力）,再把另一根向它移近，它就受到斥力而后退。

② 改用絲綢摩擦兩條玻璃棒重演上述試驗,帶電的玻璃棒也互相推斥。

③ 把用毛皮摩擦過的樹脂棒水平懸置在絲線上,再用絲綢摩擦過的玻璃棒靠近它，兩者會互相吸引。

法國科學家 C.-F.迪費用類似的方法對多種材料進行試驗后提出:有兩種而且只有兩種性質不同的電。玻璃棒經絲綢摩擦后所帶的電可做為一種電的代表，迪費稱為“玻璃電”；樹脂棒經毛皮摩擦后所帶的電為另一種電的代表，迪費稱為“樹脂電”。后來，玻璃電改稱正電或陽電；樹脂電改稱負電或陰電。迪費還提出靜電力的定性規(guī)律：異性電相吸，同性電相斥。

用毛皮摩擦樹脂棒，用絲綢摩擦玻璃棒，然后把這兩根帶異性電的棒分別懸掛。把毛皮移近樹脂棒，或把絲綢移近玻璃棒，都表現(xiàn)出相吸；而把毛皮移近玻璃棒，或絲綢移近樹脂棒，則都表現(xiàn)出相斥。這說明摩擦使異性電同時出現(xiàn)在互相摩擦的一對物體上。

令一對支持在絕緣座上的導體B和C互相接觸（圖3靜電感應）,然后把帶電體A移近導體B的右測。如果A帶的是正電，則因異性電相吸，導體B的右端出現(xiàn)負電；同時，因同性電相斥,導體C的左端出現(xiàn)正電。這種現(xiàn)象叫做靜電感應。如果這時把導體B和C分開，就可以使兩端感應的電荷分別保留在兩導體上。

導體B和C所獲得的電荷的性質可用驗電器檢驗。令帶電體A接觸驗電器的木髓球，它從A通過傳導獲得正電后，就被斥離。然后，移此驗電器試驗B和C導體，帶有正電的木髓球被B吸引而被C推斥,證明前者帶有負電,后者帶有正電。

用毛皮摩擦過的琥珀或膠木棒，能夠吸取碎草、紙屑等輕細物體，這是一種靜電效應。能產生靜電效應的物體帶有電荷，叫做帶電體。

靜電效應可用驗電器檢驗。早期的驗電器是用蠶絲懸掛一個木髓球（圖1 木髓球驗電器）構成的木髓球驗電器。在帶電體周圍，對木髓球顯示吸引力的空間就是存在靜電場的空間。比較精確的檢驗得用金箔驗電器。

可由下列實驗了解傳導和絕緣的現(xiàn)象。

① 手持膠木棒中段，用毛皮摩擦其一端,然后移近驗電器，便能吸引木髓球。如果把未經摩擦的一端移近驗電器，則沒有這種吸引力。可見在膠木棒上摩擦生成的電荷保留在原處，不會轉移到別處去。

② 換用金屬棒重復上述實驗,驗電器檢查不出金屬棒帶電的任何跡象。

W.吉伯根據(jù)實驗①和②的結果，按能否用摩擦方法使材料帶電，從而把材料分為“電質”和“非電質”。

③ 持金屬棒中央的膠木手柄,用毛皮摩擦金屬棒的一端，然后把金屬棒移近驗電器，可知金屬棒兩端都已帶電。實驗說明金屬不但能借助摩擦而帶電，并且能把電荷轉移到金屬的其他部位，這種現(xiàn)象叫做傳導或導電。

金屬的導電作用可進一步用實驗證明。用手指輕觸上述帶電的金屬棒，或持另一根金屬棒同它接觸，它就喪失了吸引木髓球的能力，說明原先帶的電荷通過金屬和人體已全部傳導入地。如果改用膠木棒接觸帶電的金屬棒，金屬棒就仍然有吸引木髓球的能力，說明膠木棒不導電。據(jù)此電質和非電質應分別正名為電的導體和絕緣體。金屬是良好的導體，玻璃、樹脂、膠木、絲綢等是良好的絕緣體。

1843年，M.法拉第將一只盛冰用的錫鉛合金桶（直徑為7英寸,高為10.5英寸）和一只靈敏的金箔驗電器相連接（圖4冰桶實驗）,進行了一系列精確的實驗，并得出了定量的結論。

① 用絲線懸掛帶電的導體球,從冰桶小口降到冰桶內腔深處,但不接觸桶壁（圖5實驗①示意）。如果導體球帶的是正電，由于靜電感應作用，桶壁內表面就出現(xiàn)負電，正電則轉移到桶壁外表面和驗電器下端，原先垂下的兩片金箔因而得到正電，互相排斥而張開。

② 移動帶電球在桶內的位置,只要不提升到靠近桶口的地方，金箔的張角就保持不變。所以金箔的張角能可靠地顯示深入桶內的電荷。把帶電球體提出桶外，移到遠處，金箔就下垂。

③ 令桶內的帶電球體與桶壁內表面接觸,金箔張角不變。然后把球體提出桶外，金箔張角仍不變。但球體已喪失了全部電荷。

④ 令帶電球體懸在桶內,金箔張開，然后以手指觸一下桶壁外表面，金箔就下垂，表示冰桶外表面和驗電器上原先感應的電荷通過人體傳入大地。再提出帶電球體，金箔又張開。但桶外表面的電荷與球體的電荷性質相反。再把帶電球體放入桶內，金箔由張開轉入下垂。待球體落到桶底，與桶壁接觸后，再提出桶外，全過程中金箔始終保持下垂，可見球體已失去了所有的電荷。

⑤ 令帶電的導體球A懸在桶內深處，觀察金箔的張角。然后把任意形狀和材料構成的不帶電的導體球 B懸入桶內，金箔張角不變。令B和A接觸，張角仍不變。最后把物體B提出桶外,因為B把從A分得的那部分電荷帶走了，所以張角縮小。

⑥ 把絲綢系在絕緣棒的下端,與玻璃棒一同伸入桶內，互相摩擦，金箔保持下垂不動。如果把絲綢或玻璃棒撤出桶外，金箔就張開同樣的角度。

冰桶實驗①～④的結果表明，靜電感應作用下出現(xiàn)的異性電荷是等量的。實驗⑥的結果表明，摩擦起電必定使等量的異性電荷同時出現(xiàn)。所以，無論用感應方法或用摩擦方法都不能產生電荷，只能使共存的等量異性電荷互相分離。分離的等量異性電荷的重新結合叫做中和。中和只是使異性電荷的靜電效應互相抵消，絕不是電荷的消滅。

實驗⑤的結果表明，傳導只能使分離出來的電荷分配于導體A和B，電荷的總量既不增也不減。

以上全部結果可概括為一條，即電荷不能創(chuàng)生也不能消滅，任何過程中系統(tǒng)內正電荷與負電荷的代數(shù)和保持不變，這就是電荷守恒定律。電荷守恒定律經過一切物理事實的檢驗而得到公認。

C.A.de庫侖用他精心設計的扭秤直接用實驗確立了靜止電荷之間的作用力的著名定律，后人命名為庫侖定律。

靜電實驗采用現(xiàn)代的一些絕緣材料如有機玻璃、塑料等,效果好些。但是靜電實驗對環(huán)境有較高的要求,在通常條件下，做定量的靜電實驗是相當困難的。