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法拉第冰桶實驗是什麼

靜電學實驗

法拉第冰桶實驗是英國科學家麥可·法拉第在1843年進行的一項靜電學實驗,旨在演示導電容器上的靜電感應現象。實驗中,法拉第使用了一個裝滿凍的鐵桶作為導電容器,因此實驗得名「冰桶實驗」。該實驗展示了以下幾個關鍵點:

靜電感應現象:當一個導體被放置在電荷附近時,導體內部會出現與外部電荷相反的感應電荷,以保持電中性。

電荷守恆定律:實驗通過觀察電荷在導體內部和外部的分布,證明了電荷守恆定律,即電荷不能被創造或銷毀,只能從一個物體轉移到另一個物體。

電磁禁止原理:實驗還演示了電磁禁止的原理,即在封閉的導電殼體內,外部的電場不會影響殼內的電荷分布,而殼內的電荷也不會影響外部的電場。這一原理在法拉第籠中也有套用。

實驗的具體步驟包括:

將一個無蓋的導電金屬容器(如鉛錫水桶或現代實驗中使用的上方有洞的空心金屬球)放置在絕緣物上,與地面絕緣。

使用金箔驗電器或現代更敏感的靜電計作為電荷檢測器,將其連線到容器的外表面。

通過起電機給一個不導電的小球(如黃銅球)充電,並將其放入容器中,但不觸碰容器壁。

觀察隨著小球逐漸深入容器,電荷檢測器的讀數變化。當小球足夠深入時,電荷檢測器的示數不再改變,表明容器外側的電荷量達到一個恆定值。

如果小球與容器壁接觸,即使接觸後,容器外側的電荷量也不會改變,進一步證明了電荷守恆定律。

通過這個實驗,法拉第不僅展示了靜電感應現象和電荷守恆定律,還為後來的電磁學理論奠定了基礎。