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玻璃和陶瓷在静电仪器中常用来作绝缘支柱和手柄材料

玻璃和陶瓷在静电仪器中常用来作绝缘支柱和绝缘手柄的材料。各种玻璃的绝缘性能差别很大,其中石英玻璃和铅玻璃的绝缘性较好。用铅玻璃制成的莱顿瓶,使用效果相当好。各种陶瓷的绝缘性同样也有差别。尽管是绝缘很好的玻璃和陶瓷都有一个共同缺点:表面易凝附水汽,特别在潮湿天气或温度突然变化的情况下更是如此。补救方法是,在玻璃或陶瓷的表面涂一层绝缘漆,用高频漆、绝缘清漆、罩光漆均可。其中高频漆的绝缘性最好,但不耐久,容易脱落。绝缘清漆则既能保持一定的绝缘性,又与玻璃和陶瓷的表面粘附很牢,经久不会脱落。用绝缘清漆涂刷玻璃板表面,供静电实验作绝缘平板用,效果十分良好。
硬橡胶的绝缘性很好,是用于静电仪器的较好材料。它具有一定的坚固性,可以进行切割、锯割及钻孔等机械加工。在静电仪器中,广泛采用它做绝缘支柱、绝缘手柄、起电棒及感应起电机的横梁等。硬橡胶制品也有缺点,在光的影响下,表面会逐渐呈绿褐色,绝缘性随之显著降低。此时必须将其表面层除去,才能恢复绝缘性。此外,硬橡胶制品在受热或长时间受力后易变形。空气中的自由电子和离子空气分子受外界因素影响后产生电离,例如,由于宇宙线、紫外线或地面上的微量放射性元素的影响,使空气中经常有极少量的自由电子和离子。置于空气中的带电体,由于电荷的相互作用,会吸引周围的自由电子或离子,产生部分正负电荷的中和,形成带电体在空气中的自然放电。在通常情况下,这个过程相当缓慢,对中学静电实验影响不大。空气中经常存在极少量自由电子和离子,对感应起电机的起电有很大关系。这种带电颗粒附于起电机的箔片上,就成为产生连续感应起电的起始电荷。
绝缘体上的尖端及尖锐棱角,对漏电并无什么影响,因为在绝缘体上,没有电荷的自由运动,不可能在尖锐棱角处保持电荷的密集,也就不可能形成足以使附近空气分子不断电离的强电场。如果绝缘材料的绝缘性不好,尖锐棱角处能有电荷密集,在这种情况下,从材料上直接传导而漏失的电荷远比由尖端棱角处漏失的电荷多。环境温湿度的影响静电实验的绝缘与周围环境的温度、湿度有很大关系。在一般情况下,温度愈高,湿度愈大,就愈容易漏失电荷。静电实验的绝缘性受湿度的影响,做过几次实验的老师都有体会。纯水本身是不良导体,可是水中含有杂质时,就很容易变成导体。因此,水汽、灰尘、污垢等一起附着在仪器的表面,就会严重破坏仪器原有的绝缘性能。在潮湿空气中做实验时,水汽、灰尘、污垢等常常是同时附着在仪器表面的。所以,湿度愈大,愈容易破坏绝缘性能,实验也就容易失败。空气温度突然升高时,仪器表面的温度常比环境温度低,水汽容易凝附在仪器表面上,特别是金属。由于这一原因,冬天做实验,当仪器从寒冷的室外进入温暖的教室时,人体呼出的大量水汽就很易附着在仪器表面,使实验临时失败。补救的办法是,可以将仪器先预热,再搬入教室。为了尽可能地减少温湿度的影响,可以在实验前预先用软毛刷拂去仪器上的灰尘,再用清洁干燥的软布擦净表面,并选择在通风良好的地方进行实验。晴天,必要时也可以将仪器预先进行日晒。遇到温湿度特别高的天气,或者仪器由于某些原因受潮相当严重时,实践证明,用火盆烘烤是保证实验成功的简单而有效的方法。烘烤时把仪器放在靠近热气流的地方或直接受到热辐射的地方,但不要放在火焰上方的热气流内,而且绝缘材料部分的受热温度,一般不能超过50(玻璃和陶瓷外)。燃料通常可用木炭,不要采用多烟灰的燃料。烘烤后,要把仪器移至离火焰较远的地方进行实验,不然由于火焰周围的空气被电离,而不能保持电荷,这时感应起电机也不能产生火花放电。
静电实验中用的绝缘导线,不要采用普通的电灯线及纱包或丝包铜线,因为纤维层比尖端更容易漏电。尽可能利用装有绝缘手柄的连接杆或放电叉来连接,也可以用悬空的漆包线、铜裸线或金属链条,且不使连接线上的尖端露在外面。如果用普通彩色塑胶铜线连接,也必须注意悬空,因为通常所用塑胶线塑胶层的静电绝缘性不够好。靠在桌子上或支架上的塑胶线会产生漏电。握绝缘手柄或绝缘支柱时,手不能与带电导体部分靠得太近,最好是握在远离带电导体的一端,因为靠近握手部位的零件表面最易凝附水汽,这一点当用手握玻璃棒及玻璃支柱时很容易直接观察出来。实验前需将手洗净烘干,切忌用未经清洗的手去接触仪器,因为这样会破坏表面的绝缘性。在整个实验过程中,实验者应切记在仪器近旁正对仪器呼气,因为人体呼出的水汽凝附在仪器表面,有可能妨碍实验的正常进行。