一種無(wú)形電容器的發(fā)現(xiàn)、研究與應(yīng)用

袁德生 高展鵬 肖元琦

(伊犁技師培訓(xùn)學(xué)院,新疆 伊犁 835000)

一種無(wú)形的電容器很微妙的,很自然地伴隨在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中,具體的操作、研究、分析應(yīng)用如下.

1 用模擬指針式多用電表,巧妙測(cè)量火線、零線和電容的研究

將多用電表功能擋撥到250V交流電壓量程位置.

(1)如圖1所示,將多用電表的左表筆插在插座孔中,右表筆捏在站在地面上(地面是干燥的樓房地面)人的手中.若左表筆插在零線上,多用電表的指針不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn);若左表筆插在火線上,多用電表的指針就會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn).測(cè)火線的人不僅是站在干燥的地面上,還是坐在課桌上,多用電表的指針都會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn),而圖2中將多用電表的右表筆直接接觸干燥的地面或干燥的墻壁,不論測(cè)火線還是測(cè)零線,多用電表的指針都不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn).原因分析是:人的手接觸多用電表表筆時(shí),人體是一個(gè)大的電極,而且是一個(gè)通過(guò)多用電表內(nèi)阻跟火線相連的一個(gè)大的火線電極,人體通過(guò)干燥的地面,鞋子、衣服和空氣介質(zhì),跟大地、墻體組成了一個(gè)無(wú)形的電容器,該電容器具有通微弱交變電流的能力,可以使多用電表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn).人體表面積就是公式中的S,人體越大,這個(gè)電容就越大,容抗就越小,導(dǎo)電能力就越好,多用電表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的輻度就越大.若是零線多用電表的指針不會(huì)偏轉(zhuǎn).

圖1

圖2

(2)如圖2所示,測(cè)量方法與上述(1)相同,不同的是右表筆直接接觸干燥的地面(樓房地面),或干燥的墻壁,該方法不論測(cè)火線還是零線,多用電表的指針都不會(huì)偏轉(zhuǎn).

(3)如圖3所示,人坐在干燥的絕緣的課桌上測(cè)零線,多用電表的指針不動(dòng).測(cè)火線時(shí),多用電表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),但比圖1測(cè)量中偏轉(zhuǎn)的幅度要小.若人站在課桌上測(cè)量火線時(shí),多用電表指針的偏轉(zhuǎn)幅度會(huì)更小.若人的另只一手的手掌接觸墻面,再進(jìn)行測(cè)量,可看到多用電表的指針偏轉(zhuǎn)幅度更大.

圖3

綜上所述,在圖1中,人的手捏住多用電表的右表筆,測(cè)火線時(shí),指針偏轉(zhuǎn)的幅度較大.在圖3中,當(dāng)人體坐在課桌上時(shí),意味著無(wú)形電容器兩板間的距離增大,電容則減少,容抗增大,所以導(dǎo)電能力減弱,多用電表指針的偏轉(zhuǎn)幅度就減小.

按圖2的測(cè)量方式,進(jìn)行測(cè)火線時(shí),由于地面和墻壁較干燥,有一定絕緣程度,多用電表的筆尖分別與它們接觸,所構(gòu)成無(wú)形電容器的火線電極表面積的太小(是筆尖的表面積),所以電容太小,容抗較大,導(dǎo)電能力就很弱,幾乎不導(dǎo)電.測(cè)火線、測(cè)零線時(shí),多用電表的指針都不發(fā)生偏轉(zhuǎn).

(4)無(wú)形電容器的進(jìn)一步驗(yàn)證與研究.按圖4進(jìn)行試驗(yàn),把一個(gè)人換成兩個(gè)人進(jìn)行串聯(lián),可看到指針的偏轉(zhuǎn)幅度,增加約1倍.原因是無(wú)形電容器火線電極的表面積增大了1倍,電容也增大了1倍,導(dǎo)致容抗減小1倍.所以多用電表指針的偏轉(zhuǎn)幅度將增加約1倍.

圖4

按圖5、圖6再進(jìn)行實(shí)驗(yàn).圖5中在鐵板下墊了一本書(shū),測(cè)火線,多用電表指針偏轉(zhuǎn)一定的角度.按圖6實(shí)驗(yàn),把鐵板下的書(shū)抽走,使鐵板和干燥的地面,直接接觸,或使鐵板和干燥的墻面直接接觸,可看到多用電表指針的偏轉(zhuǎn)幅度更大.該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明,無(wú)形電容器有書(shū)墊上時(shí),兩板間的距離大,電容小,容抗大,指針偏轉(zhuǎn)的幅度就小;把書(shū)拿走時(shí),兩板間距離小,電容大,容抗小,指針偏轉(zhuǎn)的幅度就大.

圖5

圖6

2 微安級(jí)電流通過(guò)人體,使人體振動(dòng)的精彩感覺(jué)實(shí)驗(yàn)

按圖7進(jìn)行實(shí)驗(yàn),用多用電表測(cè)火線時(shí),甲人的手背在乙人的手背上來(lái)回反復(fù)輕微移動(dòng),甲乙兩都舒服地感覺(jué)到,微弱的交變電流通過(guò)人體皮膚,迫使皮膚有輕微震動(dòng).這也是交變電流的一種導(dǎo)電感覺(jué).

圖7

3 在市電下,人當(dāng)零線電極時(shí)安全的實(shí)驗(yàn)

圖8和圖9不同之處是:圖8把鞋子穿在手上,鞋子接觸火線,腳不穿鞋.圖9是把鞋子穿在腳上,手接觸火線.兩種情況其他環(huán)境條件是一樣的,圖8的情況人是安全的,而圖9人是要觸電的,是很危險(xiǎn)的.原因是:圖8中人幾乎是無(wú)形電容器的介質(zhì),而火線的電極表面積很小,和圖2的情況有些相似.這個(gè)無(wú)形電容就很小,所以容抗很大,漏電流幾乎等于零,人就很安全.在圖9中,人直接與火線接觸,充當(dāng)著火線的一個(gè)大電極,所以無(wú)形電容較大,容抗較小,漏電流就較大,人就很容易觸電.

圖8

圖9

經(jīng)上述實(shí)驗(yàn)研究表明:火線電極表面積較大,與大地、空氣、周圍介質(zhì)構(gòu)成的無(wú)形電容器的電容就越大,容抗就越小,漏電流就越大,反之則小.愿讀者在其他電力研究中注意該問(wèn)題.

說(shuō)明:

(1)在上述實(shí)驗(yàn)中,多用電表功能擋撥到250V或500V交流電壓擋位都可以,因?yàn)橐话?50V交流電壓擋對(duì)應(yīng)的內(nèi)阻在2MΩ以上,所以對(duì)人體來(lái)說(shuō)是絕對(duì)安全的,但是,在實(shí)驗(yàn)中還是要細(xì)心注意安全.

(2)該實(shí)驗(yàn)若用數(shù)字多用電表將功能擋撥至200V或700V交流電壓擋位都可以,最好是700V交流電壓擋位.

(3)在實(shí)驗(yàn)的圖5和圖6中,鐵板面積越大越好,一般取與洗臉盆口徑面積大小為宜.若沒(méi)有鐵板,也可用裝垃圾的鐵簸箕,大的鋁制水壺,大的鐵皮水桶代替都可以.