Electroscop: Istorie, cum funcționează, ce funcționează
Un electroscop este un dispozitiv folosit pentru a detecta existența încărcărilor electrice pe obiectele din apropiere. De asemenea, indică semnul încărcăturii electrice; adică dacă este o taxă negativă sau pozitivă. Acest instrument este alcătuit dintr-o tijă metalică închisă într-o sticlă de sticlă.
Această bară are două foi metalice foarte subțiri (aur sau aluminiu) conectate în partea inferioară. La rândul său, această structură este sigilată cu un capac din material izolator, iar la capătul de sus are o mică sferă denumită "colector".
Atunci când se apropie un obiect încărcat electric de un electroscop, două tipuri de reacții pot fi observate de către lamelele metalice care se află la capătul inferior al configurației: dacă lamelele sunt separate unul de altul, înseamnă că obiectul are aceeași încărcătură electrică decât electroscopul.
Pe de altă parte, dacă se formează lamele, este indicat faptul că obiectul are o încărcătură electrică opusă încărcării electroscopului. Cheia este de a încărca electroscopul cu o încărcătură electrică de semn cunoscut; astfel, aruncându-l, va fi posibil să se deducă semnul încărcăturii electrice a obiectului pe care îl apropiem de dispozitiv.
Electroscoapele sunt extrem de utile pentru a determina dacă un corp este încărcat electric, pe lângă indicarea semnului încărcăturii și a intensității acesteia.
istorie
Electroscopul a fost inventat de medicul și fizicianul englez William Gilbert, care a servit ca fizician al monarhiei engleze în timpul domniei reginei Elisabeta I
Gilbert este, de asemenea, cunoscut ca "tatăl electromagnetismului și electricității" datorită contribuțiilor sale majore la știință în secolul al XVII-lea. El a construit primul electroscop cunoscut în anul 1600, în scopul aprofundării experimentelor sale cu privire la încărcăturile electrostatice.
Primul electroscop, numit versorium, era un dispozitiv constând dintr-un ac metalic, care se rotea liber pe un piedestal.
Configurația versorului a fost foarte asemănătoare cu cea a unui ac de busolă, dar în acest caz acul nu a fost magnetizat. Capetele acului au fost diferențiate vizual unele de altele; În plus, un capăt al acului avea o încărcătură pozitivă, iar celălalt avea o încărcătură negativă.
Mecanismul de acțiune al versoriumului sa bazat pe încărcăturile induse la capetele acului prin inducția electrostatică. Astfel, în funcție de capătul acului care era cel mai apropiat de obiectul înconjurător, reacția acelui capăt ar fi să pună sau să respingă obiectul cu acul.
Dacă obiectul a avut o încărcătură pozitivă, încărcăturile negative ale mișcării în metal ar fi atrase de obiect, iar capătul încărcat negativ ar îndreptă spre corpul care induce reacția în versorium.
În caz contrar, dacă obiectul a avut o încărcătură negativă, polul atras de obiect ar fi capătul pozitiv al acului.
evoluție
La jumătatea anului 1782, fizicianul italian remarcabil Alessandro Volta (1745-1827) a construit electroscopul de condensare, care avea o sensibilitate importantă pentru a detecta încărcăturile electrice pe care electrozcoanele nu le-au detectat apoi.
Cu toate acestea, cea mai mare avansare a electroscopului a venit din mâna matematicianului german și a astronomului Johann Gottlieb Friedrich von Bohnenberger (1765-1831), care a inventat electroscopul de aur.
Configurația acestui electroscop este foarte asemănătoare structurii cunoscute astăzi: dispozitivul a fost alcătuit dintr-un clopot de sticlă care avea o sferă de metal la capătul superior.
La rândul său, această sferă a fost conectată printr-un conductor la două foi de aur foarte subțire. "Pâinile de aur" separate sau îmbinate împreună ca corp încărcat electrostatic.
Cum funcționează?
Un electroscop este un dispozitiv folosit pentru a detecta electricitatea statică în obiectele din apropiere, făcând uz de fenomenul de separare a lamelelor lor interne datorită repulsiei electrostatice.
Energia electrică statică poate fi acumulată pe suprafața exterioară a oricărui corp, fie prin încărcare naturală, fie prin frecare.
Electroscopul este conceput pentru a detecta prezența acestui tip de încărcări, datorită transferului de electroni de la suprafețe foarte încărcate la suprafețe mai puțin încărcate electric. Mai mult, în funcție de reacția lamelelor, aceasta ar putea oferi, de asemenea, o imagine a mărimii încărcăturii electrostatice a obiectului înconjurător.
Sfera situată în partea superioară a electroscopului funcționează ca entitate receptoare a sarcinii electrice a obiectului de studiu.
Prin aducerea unui corp încărcat electric mai aproape de electroscop, acesta va achiziționa aceeași încărcătură electrică din corp; adică, dacă aducem un obiect încărcat electric cu un semn pozitiv, electroscopul va dobândi aceeași încărcătură.
Dacă electroscopul este încărcat anterior cu o încărcătură electrică cunoscută, se vor întâmpla următoarele:
- Dacă corpul are aceeași încărcătură, lamelele metalice care se află în interiorul electroscopului vor fi separate una de alta, deoarece ambele vor respinge.
- În schimb, dacă obiectul are o încărcătură opusă, fulgii de metal din partea inferioară a flaconului vor rămâne unite.
Lamele din interiorul electroscopului trebuie să fie foarte ușoare, astfel încât greutatea acestora să fie echilibrată prin acțiunea forțelor de repulsie electrostatică. Astfel, prin mutarea obiectului de studiu departe de electroscop, lamele vor pierde polarizarea și se vor întoarce la starea lor naturală (închisă).
Cum este încărcat electric?
Faptul de încărcare electrică a electrozilor este necesar pentru a putea determina natura încărcăturii electrice a obiectului pe care îl vom apropia de dispozitiv. Dacă încărcarea electroscopului nu este cunoscută în prealabil, este imposibil să se determine dacă sarcina obiectului este egală sau opusă încărcării.
Înainte de încărcarea electroscopului, acesta trebuie să fie în stare neutră; adică cu un număr egal de protoni și electroni în interior. Din acest motiv, se recomandă să conectați electroscopul la sol înainte de efectuarea încărcării, pentru a asigura neutralitatea încărcării dispozitivului.
Descărcarea electroscopului se poate realiza prin atingerea acestuia cu un obiect metalic, astfel încât acesta din urmă să scurgă încărcătura electrică din interiorul electroscopului pe pământ.
Există două modalități de a încărca un electroscop înainte de al testa. Mai jos sunt aspectele cele mai relevante ale fiecăruia dintre acestea.
Prin inducție
Aceasta implică încărcarea electroscopului fără a se stabili un contact direct cu el; adică se apropie doar de un obiect a cărui sarcină este cunoscută sferei primite.
Prin contact
Prin atingerea sferei de primire a electroscopului direct cu un obiect cu încărcare cunoscută.
Pentru ce este?
Electroscoapele sunt folosite pentru a determina dacă un corp este încărcat electric și pentru a distinge dacă are o încărcare negativă sau o încărcătură pozitivă. În prezent, electrozcoanele sunt utilizate în câmpul experimental, pentru a exemplifica prin utilizarea lor detectarea încărcărilor electrostatice în corpurile încărcate electric.
Unele dintre cele mai importante funcții ale electrozelor sunt următoarele:
- Detectarea sarcinilor electrice în obiectele din apropiere. Dacă electroscopul reacționează la apropierea unui corp, acesta se datorează faptului că acesta este încărcat electric.
- Discriminarea tipului de încărcătură electrică pe care corpurile cu încărcătură electrică o au, atunci când evaluează deschiderea sau închiderea lamelelor metalice ale electroscopului, în funcție de încărcătura electrică inițială a electroscopului.
- Electroscopul este de asemenea utilizat pentru a măsura radiația mediului în cazul în care există material radioactiv în jurul acestuia, datorită aceluiași principiu de inducție electrostatică.
- Acest dispozitiv poate fi, de asemenea, utilizat pentru a măsura cantitatea de ioni prezenți în aer, evaluând viteza de încărcare și descărcare a electroscopului într-un câmp electric controlat.
Astăzi, electroscoapele sunt utilizate pe scară largă în practicile de laborator din școli și universități, pentru a demonstra elevilor de diferite niveluri educaționale utilizarea acestui dispozitiv ca detector de sarcină electrostatică.
Cum de a face un electroscop acasă?
Este foarte ușor să faceți un electroscop de casă. Elementele necesare sunt ușor de obținut, iar asamblarea electroscopului este destul de rapidă.
Sunt enumerate mai jos ustensilele și materialele necesare pentru a construi un electroscop de casă în 7 pași simpli:
- O sticlă de sticlă. Trebuie să fie curată și foarte uscată.
- O plută pentru a sigila sticla.
- Un fir de cupru de 14 gabarit.
- O clește.
- Un foarfeca.
- Folie de aluminiu.
- O regulă.
- Un balon.
- O cârpă din lână.
proces
Pasul 1
Tăiați firul de cupru până când obțineți o secțiune care depășește aproximativ 20 de centimetri lungimea recipientului.
Pasul 2
Curl un capăt al firului de cupru, făcând un fel de spirală. Această parte va efectua funcțiile sferei de detectare a încărcării electrostatice.
Acest pas este foarte important, deoarece spirala va facilita transmiterea electronilor de la corpul de studiu la electroscop, datorită existenței unei suprafețe mai mari.
Pasul 3
Traversează dopul cu firul de cupru. Asigurați-vă că partea curbată este în partea de sus a electroscopului.
Pasul 4
Faceți o ușoară curbură la capătul inferior al firului de cupru, într-o formă L.
Pasul 5
Tăiați cele două lamele de aluminiu în formă de triunghiuri de aproximativ 3 centimetri în bază. Este important ca ambele triunghiuri să fie identice.
Asigurați-vă că lamelele sunt suficient de mici pentru a nu intra în contact cu pereții interiori ai sticlei.
Pasul 6
Acesta include o gaură mică în colțul superior al fiecărei folii și introduce ambele bucăți de aluminiu în capătul inferior al firului de cupru.
Încercați să păstrați alunecările foliei de aluminiu cât mai netede posibil. Dacă triunghiurile de aluminiu sunt rupte sau prea încrețite, este mai bine să repetați probele până când se obține efectul dorit.
Pasul 7
Plasați dopul pe marginea superioară a flaconului, foarte atent, astfel încât lamelele de aluminiu să nu se deterioreze sau să nu se piardă ansamblul făcut.
Este extrem de important ca ambele lamele să fie în contact atunci când se sigilează recipientul. Dacă nu este cazul, atunci ar trebui să modificați îndoirea firului de cupru până când foile se ating unul de celălalt.
Testați-vă electroscopul
Pentru a dovedi acest lucru, puteți aplica noțiunile teoretice descrise anterior în tot articolul, după cum urmează:
- Asigurați-vă că electroscopul nu este încărcat: pentru a face acest lucru, atingeți-l cu o tijă metalică pentru a eradica orice încărcare rămasă din dispozitiv.
- Încărcă electric un obiect: rupe un balon pe o cârpă din lână pentru a încărca suprafața balonului cu încărcătură electrostatică.
- Abordarea obiectului încărcat pe spirala de cupru: cu această practică, electroscopul va fi încărcat prin inducție, iar electronii globului vor fi transferați în electroscop.
- Observați reacția foliilor metalice: triunghiurile din folia de aluminiu se vor deplasa unul de celălalt, deoarece ambele folii au o încărcătură de același semn (negativ în acest caz).
Încercați să efectuați acest tip de teste pe zile uscate, deoarece umiditatea afectează în mod obișnuit acest tip de experimente la domiciliu, deoarece face dificilă trecerea electronilor de la o suprafață la alta.
