一种无形电容器的发现、研究与应用

袁德生 高展鹏 肖元琦

(伊犁技师培训学院,新疆 伊犁 835000)

一种无形的电容器很微妙的,很自然地伴随在科学实验中,具体的操作、研究、分析应用如下.

1 用模拟指针式多用电表,巧妙测量火线、零线和电容的研究

将多用电表功能挡拨到250V交流电压量程位置.

(1)如图1所示,将多用电表的左表笔插在插座孔中,右表笔捏在站在地面上(地面是干燥的楼房地面)人的手中.若左表笔插在零线上,多用电表的指针不会发生偏转;若左表笔插在火线上,多用电表的指针就会发生偏转.测火线的人不仅是站在干燥的地面上,还是坐在课桌上,多用电表的指针都会发生偏转,而图2中将多用电表的右表笔直接接触干燥的地面或干燥的墙壁,不论测火线还是测零线,多用电表的指针都不会发生偏转.原因分析是:人的手接触多用电表表笔时,人体是一个大的电极,而且是一个通过多用电表内阻跟火线相连的一个大的火线电极,人体通过干燥的地面,鞋子、衣服和空气介质,跟大地、墙体组成了一个无形的电容器,该电容器具有通微弱交变电流的能力,可以使多用电表的指针发生偏转.人体表面积就是公式中的S,人体越大,这个电容就越大,容抗就越小,导电能力就越好,多用电表指针发生偏转的辐度就越大.若是零线多用电表的指针不会偏转.

图1

图2

(2)如图2所示,测量方法与上述(1)相同,不同的是右表笔直接接触干燥的地面(楼房地面),或干燥的墙壁,该方法不论测火线还是零线,多用电表的指针都不会偏转.

(3)如图3所示,人坐在干燥的绝缘的课桌上测零线,多用电表的指针不动.测火线时,多用电表的指针发生偏转,但比图1测量中偏转的幅度要小.若人站在课桌上测量火线时,多用电表指针的偏转幅度会更小.若人的另只一手的手掌接触墙面,再进行测量,可看到多用电表的指针偏转幅度更大.

图3

综上所述,在图1中,人的手捏住多用电表的右表笔,测火线时,指针偏转的幅度较大.在图3中,当人体坐在课桌上时,意味着无形电容器两板间的距离增大,电容则减少,容抗增大,所以导电能力减弱,多用电表指针的偏转幅度就减小.

按图2的测量方式,进行测火线时,由于地面和墙壁较干燥,有一定绝缘程度,多用电表的笔尖分别与它们接触,所构成无形电容器的火线电极表面积的太小(是笔尖的表面积),所以电容太小,容抗较大,导电能力就很弱,几乎不导电.测火线、测零线时,多用电表的指针都不发生偏转.

(4)无形电容器的进一步验证与研究.按图4进行试验,把一个人换成两个人进行串联,可看到指针的偏转幅度,增加约1倍.原因是无形电容器火线电极的表面积增大了1倍,电容也增大了1倍,导致容抗减小1倍.所以多用电表指针的偏转幅度将增加约1倍.

图4

按图5、图6再进行实验.图5中在铁板下垫了一本书,测火线,多用电表指针偏转一定的角度.按图6实验,把铁板下的书抽走,使铁板和干燥的地面,直接接触,或使铁板和干燥的墙面直接接触,可看到多用电表指针的偏转幅度更大.该实验说明,无形电容器有书垫上时,两板间的距离大,电容小,容抗大,指针偏转的幅度就小;把书拿走时,两板间距离小,电容大,容抗小,指针偏转的幅度就大.

图5

图6

2 微安级电流通过人体,使人体振动的精彩感觉实验

按图7进行实验,用多用电表测火线时,甲人的手背在乙人的手背上来回反复轻微移动,甲乙两都舒服地感觉到,微弱的交变电流通过人体皮肤,迫使皮肤有轻微震动.这也是交变电流的一种导电感觉.

图7

3 在市电下,人当零线电极时安全的实验

图8和图9不同之处是:图8把鞋子穿在手上,鞋子接触火线,脚不穿鞋.图9是把鞋子穿在脚上,手接触火线.两种情况其他环境条件是一样的,图8的情况人是安全的,而图9人是要触电的,是很危险的.原因是:图8中人几乎是无形电容器的介质,而火线的电极表面积很小,和图2的情况有些相似.这个无形电容就很小,所以容抗很大,漏电流几乎等于零,人就很安全.在图9中,人直接与火线接触,充当着火线的一个大电极,所以无形电容较大,容抗较小,漏电流就较大,人就很容易触电.

图8

图9

经上述实验研究表明:火线电极表面积较大,与大地、空气、周围介质构成的无形电容器的电容就越大,容抗就越小,漏电流就越大,反之则小.愿读者在其他电力研究中注意该问题.

说明:

(1)在上述实验中,多用电表功能挡拨到250V或500V交流电压挡位都可以,因为一般250V交流电压挡对应的内阻在2MΩ以上,所以对人体来说是绝对安全的,但是,在实验中还是要细心注意安全.

(2)该实验若用数字多用电表将功能挡拨至200V或700V交流电压挡位都可以,最好是700V交流电压挡位.

(3)在实验的图5和图6中,铁板面积越大越好,一般取与洗脸盆口径面积大小为宜.若没有铁板,也可用装垃圾的铁簸箕,大的铝制水壶,大的铁皮水桶代替都可以.