一種無形電容器的發現、研究與應用

袁德生 高展鵬 肖元琦

(伊犁技師培訓學院,新疆 伊犁 835000)

一種無形的電容器很微妙的,很自然地伴隨在科學實驗中,具體的操作、研究、分析應用如下.

1 用模擬指針式多用電表,巧妙測量火線、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發生偏轉;若左表筆插在火線上,多用電表的指針就會發生偏轉.測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發生偏轉,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,不論測火線還是測零線,多用電表的指針都不會發生偏轉.原因分析是:人的手接觸多用電表表筆時,人體是一個大的電極,而且是一個通過多用電表內阻跟火線相連的一個大的火線電極,人體通過干燥的地面,鞋子、衣服和空氣介質,跟大地、墻體組成了一個無形的電容器,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生偏轉.人體表面積就是公式中的S,人體越大,這個電容就越大,容抗就越小,導電能力就越好,多用電表指針發生偏轉的輻度就越大.若是零線多用電表的指針不會偏轉.

圖1

圖2

(2)如圖2所示,測量方法與上述(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,該方法不論測火線還是零線,多用電表的指針都不會偏轉.

(3)如圖3所示,人坐在干燥的絕緣的課桌上測零線,多用電表的指針不動.測火線時,多用電表的指針發生偏轉,但比圖1測量中偏轉的幅度要小.若人站在課桌上測量火線時,多用電表指針的偏轉幅度會更小.若人的另只一手的手掌接觸墻面,再進行測量,可看到多用電表的指針偏轉幅度更大.

圖3

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

按圖2的測量方式,進行測火線時,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,所構成無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,導電能力就很弱,幾乎不導電.測火線、測零線時,多用電表的指針都不發生偏轉.

(4)無形電容器的進一步驗證與研究.按圖4進行試驗,把一個人換成兩個人進行串聯,可看到指針的偏轉幅度,增加約1倍.原因是無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,導致容抗減小1倍.所以多用電表指針的偏轉幅度將增加約1倍.

圖4

按圖5、圖6再進行實驗.圖5中在鐵板下墊了一本書,測火線,多用電表指針偏轉一定的角度.按圖6實驗,把鐵板下的書抽走,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幅度更大.該實驗說明,無形電容器有書墊上時,兩板間的距離大,電容小,容抗大,指針偏轉的幅度就小;把書拿走時,兩板間距離小,電容大,容抗小,指針偏轉的幅度就大.

圖5

圖6

2 微安級電流通過人體,使人體振動的精彩感覺實驗

按圖7進行實驗,用多用電表測火線時,甲人的手背在乙人的手背上來回反復輕微移動,甲乙兩都舒服地感覺到,微弱的交變電流通過人體皮膚,迫使皮膚有輕微震動.這也是交變電流的一種導電感覺.

圖7

3 在市電下,人當零線電極時安全的實驗

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,是很危險的.原因是:圖8中人幾乎是無形電容器的介質,而火線的電極表面積很小,和圖2的情況有些相似.這個無形電容就很小,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,充當著火線的一個大電極,所以無形電容較大,容抗較小,漏電流就較大,人就很容易觸電.

圖8

圖9

經上述實驗研究表明:火線電極表面積較大,與大地、空氣、周圍介質構成的無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題.

說明:

(1)在上述實驗中,多用電表功能擋撥到250V或500V交流電壓擋位都可以,因為一般250V交流電壓擋對應的內阻在2MΩ以上,所以對人體來說是絕對安全的,但是,在實驗中還是要細心注意安全.

(2)該實驗若用數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)在實驗的圖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.