ELEKTROSKOP: HISTORIA, JAK TO DZIAŁA, DO CZEGO SŁUŻY - DUDAS - 2025

Elektroskop jest urządzeniem służącym do wykrywania istnienia ładunków elektrycznych na pobliskich obiektach. Wskazuje również znak ładunku elektrycznego; to znaczy, jeśli jest to ładunek ujemny lub dodatni. Ten instrument składa się z metalowego pręta zamkniętego w szklanej butelce.

Pręt ten ma dwie bardzo cienkie blachy (złote lub aluminiowe) połączone w dolnej części. Z kolei konstrukcja ta jest uszczelniona pokrywą z materiału izolacyjnego, a na górnym końcu posiada małą kulkę zwaną „kolektorem”.

Zbliżając się do elektroskopu obiektu naładowanego elektrycznie, można zaobserwować dwa rodzaje reakcji metalowych płytek znajdujących się w dolnej części konfiguracji: jeśli płytki są od siebie oddzielone, oznacza to, że obiekt ma ten sam ładunek elektryczny niż elektroskop.

Z drugiej strony, jeśli blaszki łączą się ze sobą, wskazuje to, że obiekt ma ładunek elektryczny przeciwny do ładunku elektroskopu. Kluczem jest naładowanie elektroskopu ładunkiem elektrycznym o znanym znaku; w ten sposób, odrzucając, możliwe będzie wyprowadzenie znaku ładunku elektrycznego przedmiotu, który wprowadzimy do urządzenia.

Elektroskopy są niezwykle przydatne w określaniu, czy ciało jest naładowane elektrycznie, a także dają wskazówki dotyczące znaku ładunku i intensywności ładunku.

Historia

Elektroskop został wynaleziony przez angielskiego lekarza i fizyka Williama Gilberta, który służył jako fizyk w angielskiej monarchii za panowania królowej Elżbiety I.

Gilbert jest również znany jako „ojciec elektromagnetyzmu i elektryczności” dzięki swemu wielkiemu wkładowi w naukę w XVII wieku. Pierwszy znany elektroskop zbudował w 1600 roku, aby pogłębić swoje eksperymenty z ładunkami elektrostatycznymi.

Pierwszy elektroskop, zwany versorium, był urządzeniem składającym się z metalowej igły, która obracała się swobodnie na cokole.

Konfiguracja versorium była bardzo podobna do konfiguracji igły kompasu, ale w tym przypadku igła nie była namagnesowana. Końce igły były wizualnie oddzielone od siebie; Ponadto jeden koniec igły był naładowany dodatnio, a drugi naładowany ujemnie.

Mechanizm działania versorium opierał się na ładunkach indukowanych na końcach igły poprzez indukcję elektrostatyczną. Zatem, w zależności od tego, który koniec igły jest najbliżej sąsiedniego przedmiotu, reakcją tego końca byłoby skierowanie lub odpychanie przedmiotu za pomocą igły.

Gdyby obiekt był naładowany dodatnio, ujemne poruszające się ładunki na metalu byłyby przyciągane do obiektu, a ujemnie naładowany koniec wskazywałby na ciało wywołując reakcję w versorium.

W przeciwnym razie, gdyby obiekt był naładowany ujemnie, biegun przyciągany do obiektu byłby dodatnim końcem igły.

Ewolucja

W połowie 1782 roku wybitny włoski fizyk Alessandro Volta (1745-1827) zbudował elektroskop kondensacyjny, który miał istotną czułość w wykrywaniu ładunków elektrycznych, których nie wykryły ówczesne elektroskopy.

Jednak największy postęp w elektroskopie wyszedł spod ręki niemieckiego matematyka i astronoma Johanna Gottlieba Friedricha von Bohnenbergera (1765-1831), który wynalazł elektroskop ze złotej folii.

Konfiguracja tego elektroskopu jest bardzo podobna do konstrukcji znanej dzisiaj: urządzenie składało się ze szklanego dzwonu z metalową kulą na górze.

Z kolei kula ta została połączona przewodnikiem z dwoma bardzo cienkimi płatami złota. „Złote bochenki” rozdzieliły się lub połączyły ze sobą, gdy zbliżyło się naładowane elektrostatycznie ciało.

Jak to działa?

Elektroskop to urządzenie służące do wykrywania elektryczności statycznej w pobliskich obiektach, wykorzystujące zjawisko rozdzielania się ich wewnętrznych blaszek w wyniku odpychania elektrostatycznego.

Elektryczność statyczna może gromadzić się na zewnętrznej powierzchni każdego ciała w wyniku naturalnego ładunku lub tarcia.

Elektroskop jest przeznaczony do wykrywania obecności tego typu ładunków w wyniku przenoszenia elektronów z silnie naładowanych powierzchni na powierzchnie mniej naładowane elektrycznie. Ponadto, w zależności od reakcji lameli, może to również dać wyobrażenie o wielkości ładunku elektrostatycznego otaczającego obiektu.

Kula znajdująca się w górnej części elektroskopu pełni funkcję podmiotu odbierającego ładunek elektryczny przedmiotu badań.

Zbliżając ciało naładowane elektrycznie do elektroskopu, uzyskuje ono taki sam ładunek elektryczny, jak ciało; to znaczy, jeśli zbliżymy się do obiektu naładowanego elektrycznie ze znakiem dodatnim, elektroskop uzyska ten sam ładunek.

Jeśli elektroskop zostanie wstępnie naładowany znanym ładunkiem elektrycznym, nastąpi:

- Jeśli ciało ma ten sam ładunek, metalowe płytki wewnątrz elektroskopu oddzielą się od siebie, ponieważ będą się odpychać.

- W przeciwieństwie do tego, jeśli przedmiot ma przeciwny ładunek, metalowe lamele na dnie butelki pozostaną połączone ze sobą.

Blaszki wewnątrz elektroskopu muszą być bardzo lekkie, aby ich waga była równoważona działaniem elektrostatycznych sił odpychających. W ten sposób, odsuwając obiekt badań od elektroskopu, blaszki utracą polaryzację i powrócą do stanu naturalnego (zamkniętego).

Jak jest naładowany elektrycznie?

Fakt ładowania elektroskopu elektrycznie jest niezbędny, aby móc określić charakter ładunku elektrycznego obiektu, do którego będziemy zbliżać się do urządzenia. Jeśli ładunek na elektroskopie nie jest z góry znany, niemożliwe będzie ustalenie, czy ładunek na obiekcie jest równy czy przeciwny do tego ładunku.

Przed ładowaniem elektroskop musi znajdować się w stanie neutralnym; to znaczy z taką samą liczbą protonów i elektronów w środku. Z tego powodu zaleca się podłączenie elektroskopu do uziemienia przed ładowaniem, aby zapewnić neutralność ładunku urządzenia.

Elektroskop można rozładować, dotykając go do metalowego przedmiotu, dzięki czemu ten ostatni odprowadza ładunek elektryczny wewnątrz elektroskopu do ziemi.

Istnieją dwa sposoby naładowania elektroskopu przed jego przetestowaniem. Najważniejsze aspekty każdego z nich opisano szczegółowo poniżej.

Indukcyjnie

Chodzi o ładowanie elektroskopu bez nawiązywania z nim bezpośredniego kontaktu; to znaczy zbliżanie się tylko do obiektu, którego ładunek jest znany sferze odbiorczej.

Kontaktowo

Poprzez bezpośrednie dotknięcie sfery odbiorczej elektroskopu przedmiotem o znanym ładunku.

Po co to jest?

Elektroskopy służą do określania, czy ciało jest naładowane elektrycznie i do rozróżniania, czy ma ładunek ujemny czy dodatni. Obecnie elektroskopy są wykorzystywane w polu doświadczalnym do zilustrowania ich wykorzystaniem do wykrywania ładunków elektrostatycznych w ciałach naładowanych elektrycznie.

Oto niektóre z najważniejszych funkcji elektroskopów:

- Wykrywanie ładunków elektrycznych na pobliskich obiektach. Jeśli elektroskop reaguje na zbliżenie ciała, dzieje się tak, ponieważ jest ono naładowane elektrycznie.

- Rozróżnienie rodzaju ładunku elektrycznego posiadanego przez ciała naładowane elektrycznie przy ocenie otwarcia lub zamknięcia metalowych lamelek elektroskopu, w zależności od początkowego ładunku elektrycznego elektroskopu.

- Elektroskop jest również używany do pomiaru promieniowania środowiska w przypadku, gdy wokół znajduje się materiał radioaktywny, z powodu tej samej zasady indukcji elektrostatycznej.

- To urządzenie może być również używane do pomiaru ilości jonów obecnych w powietrzu poprzez ocenę ładunku i prędkości rozładowania elektroskopu w kontrolowanym polu elektrycznym.

Obecnie elektroskopy są szeroko stosowane w praktyce laboratoryjnej w szkołach i na uniwersytetach, aby zademonstrować uczniom na różnych poziomach edukacyjnych zastosowanie tego urządzenia jako detektora ładunku elektrostatycznego.

Jak zrobić domowy elektroskop?

Wykonanie domowego elektroskopu jest bardzo łatwe. Niezbędne elementy są łatwo dostępne, a montaż elektroskopu dość szybki.

Poniżej wymienione są przybory i materiały potrzebne do zbudowania domowego elektroskopu w 7 prostych krokach:

- Szklana butelka. Musi być czysty i bardzo suchy.

- Korek do hermetycznego zamknięcia butelki.

- Przewód miedziany o średnicy 14 AWG.

- Szczypce.

- Nożyczki.

- Folia.

- Zasada.

- Balon.

- Wełniana tkanina.

Proces

Krok 1

Tnij drut miedziany, aż uzyskasz odcinek o około 20 centymetrów dłuższy niż długość pojemnika.

Krok 2

Zwinąć jeden koniec miedzianego drutu, tworząc rodzaj spirali. Ta część będzie działać jako kula wykrywająca ładunki elektrostatyczne.

Ten krok jest bardzo ważny, ponieważ spirala ułatwi przenoszenie elektronów z badanego ciała do elektroskopu, ze względu na istnienie większej powierzchni.

Krok 3

Przejdź przez korek z drutem miedzianym. Upewnij się, że zakręcona część jest skierowana w stronę górnej części elektroskopu.

Krok 4

Lekko zagnij dolny koniec drutu miedzianego w kształcie litery L.

Krok 5

Potnij dwie folie aluminiowe na trójkąty o długości około 3 centymetrów. Ważne jest, aby oba trójkąty były identyczne.

Upewnij się, że blaszki są wystarczająco małe, aby nie stykały się z wewnętrznymi ściankami butelki.

Krok 6

Uwzględnij mały otwór w górnym rogu każdej folii i włóż oba kawałki aluminium do dolnego końca miedzianego drutu.

Staraj się, aby arkusze folii były jak najbardziej gładkie. Jeśli aluminiowe trójkąty zbytnio się łamią lub marszczą, najlepiej jest powtarzać próbki do uzyskania pożądanego efektu.

Krok 7

Korek nałożyć na górną krawędź butelki, bardzo ostrożnie, aby folie aluminiowe nie uległy zniszczeniu lub nie zgubiły wykonanego montażu.

Niezwykle ważne jest, aby podczas uszczelniania pojemnika stykały się obie lamele. Jeśli tak nie jest, będziesz musiał zmodyfikować zgięcie drutu miedzianego, aż arkusze zetkną się ze sobą.

Sprawdź swój elektroskop

Aby to udowodnić, możesz zastosować pojęcia teoretyczne opisane wcześniej w artykule, jak szczegółowo opisano poniżej:

- Upewnij się, że elektroskop nie jest naładowany: w tym celu dotknij go metalowym prętem, aby usunąć pozostały ładunek na urządzeniu.

- Naładuj obiekt elektrycznie: pocieraj balon o wełnianą szmatkę, aby naładować powierzchnię balonu ładunkiem elektrostatycznym.

- Przybliż naładowany obiekt do miedzianej spirali: w ten sposób elektroskop zostanie naładowany przez indukcję, a elektrony z kuli ziemskiej zostaną przeniesione do elektroskopu.

- Obserwuj reakcję metalowych płytek: trójkąty z folii aluminiowej będą się oddalać od siebie, ponieważ obie płytki mają ładunek tego samego znaku (w tym przypadku ujemny).

Spróbuj przeprowadzić tego typu test w suche dni, ponieważ wilgoć ma wpływ na tego typu eksperymenty domowe, ponieważ utrudnia przejście elektronów z jednej powierzchni na drugą.

Bibliografia

1. Castillo, V. (sf). Do czego służy elektroskop: historia, typy, funkcje i części. Odzyskany z: paraquesirve.tv
2. Jak zrobić elektroskop (nd). Odzyskany z: es.wikihow.com
3. Jak działa elektroskop (2017). Odzyskany z: como-funciona.co
4. Elektroskop ze złotymi płatkami (nd). Odzyskany z: museocabrerapinto.es
5. Elektroskop (2010). Odzyskany z: radioelectronica.es
6. Wikipedia, wolna encyklopedia (2018). Elektroskop. Odzyskane z: es.wikipedia.org
7. Wikipedia, wolna encyklopedia (2016). Versorium. Odzyskane z: en.wikipedia.org