UN elettroscopio È un dispositivo utilizzato per rilevare l'esistenza di cariche elettriche su oggetti vicini. Indica anche il segno della carica elettrica; cioè, se si tratta di una carica negativa o positiva. Questo strumento è costituito da un'asta di metallo confinata all'interno di una bottiglia di vetro..
Questa asta ha due lamine di metallo molto sottili (oro o alluminio) collegate nella sua parte inferiore. A sua volta, questa struttura è sigillata con una copertura in materiale isolante, e all'estremità superiore ha una piccola sfera chiamata "collettore".
Quando si avvicina un oggetto elettricamente carico a un elettroscopio, due tipi di reazioni possono essere osservati dalle lamelle metalliche all'estremità inferiore della configurazione: se le lamelle sono separate l'una dall'altra, significa che l'oggetto ha la stessa carica elettrica che il elettroscopio.
Se invece le lamelle si uniscono è indicativo che l'oggetto ha una carica elettrica opposta a quella dell'elettroscopio. La chiave è caricare l'elettroscopio con una carica elettrica di segno noto; scartando così sarà possibile dedurre il segno della carica elettrica dell'oggetto che portiamo al dispositivo.
Gli elettroscopi sono estremamente utili per determinare se un corpo è elettricamente carico, oltre a fornire indizi sul segno della carica e sulla sua intensità..
Indice articolo
L'elettroscopio è stato inventato dal medico e fisico inglese William Gilbert, che servì come fisico per la monarchia inglese durante il regno della regina Elisabetta I..
Gilbert è anche conosciuto come "il padre dell'elettromagnetismo e dell'elettricità" grazie ai suoi grandi contributi alla scienza durante il XVII secolo. Costruì il primo elettroscopio conosciuto nel 1600, al fine di approfondire i suoi esperimenti sulle cariche elettrostatiche.
Il primo elettroscopio, chiamato versorium, era un dispositivo costituito da un ago di metallo, che ruotava liberamente su un piedistallo.
La configurazione del versorio era molto simile a quella dell'ago di una bussola, ma in questo caso l'ago non era magnetizzato. Le estremità dell'ago erano visivamente differenziate l'una dall'altra; Inoltre, un'estremità dell'ago era caricata positivamente e l'altra era caricata negativamente.
Il meccanismo d'azione del versorio era basato sulle cariche indotte alle estremità dell'ago, tramite induzione elettrostatica. Pertanto, a seconda dell'estremità dell'ago più vicina all'oggetto adiacente, la reazione di quell'estremità sarebbe quella di puntare o respingere l'oggetto con l'ago..
Se l'oggetto fosse caricato positivamente, le cariche mobili negative sul metallo sarebbero attratte verso l'oggetto e l'estremità caricata negativamente punterebbe verso il corpo inducendo la reazione nel versorio..
Altrimenti, se l'oggetto avesse una carica negativa, il polo attratto dall'oggetto sarebbe l'estremità positiva dell'ago..
A metà del 1782, l'importante fisico italiano Alessandro Volta (1745-1827) costruì l'elettroscopio a condensazione, che aveva un'importante sensibilità per rilevare le cariche elettriche che gli elettroscopi di quel tempo non rilevano..
Tuttavia, il più grande progresso dell'elettroscopio è venuto dalla mano del matematico e astronomo tedesco Johann Gottlieb Friedrich von Bohnenberger (1765-1831), che ha inventato l'elettroscopio a lamina d'oro..
La configurazione di questo elettroscopio è molto simile alla struttura che è conosciuta oggi: il dispositivo era costituito da una campana di vetro che aveva una sfera metallica all'estremità superiore.
A sua volta, questa sfera era collegata tramite un conduttore a due sottilissime lamine d'oro. I "pani d'oro" si separarono o si unirono l'un l'altro quando un corpo carico elettrostaticamente si avvicinò.
Un elettroscopio è un dispositivo utilizzato per rilevare l'elettricità statica negli oggetti vicini, sfruttando il fenomeno della separazione delle loro lamelle interne per repulsione elettrostatica..
L'elettricità statica può essere accumulata sulla superficie esterna di qualsiasi corpo, sia per carica naturale che per sfregamento..
L'elettroscopio è progettato per rilevare la presenza di questi tipi di cariche, a causa del trasferimento di elettroni da superfici altamente cariche a superfici meno elettricamente cariche. Inoltre, a seconda della reazione delle lamelle, potrebbe anche fornire un'idea dell'entità della carica elettrostatica dell'oggetto vicino..
La sfera situata nella parte superiore dell'elettroscopio funziona come entità ricevente della carica elettrica dell'oggetto di studio..
Avvicinando un corpo elettricamente carico all'elettroscopio, acquisirà la stessa carica elettrica del corpo; cioè, se ci avviciniamo a un oggetto caricato elettricamente con un segno positivo, l'elettroscopio acquisirà la stessa carica.
Se l'elettroscopio è precaricato con una carica elettrica nota, si verificherà quanto segue:
- Se il corpo ha la stessa carica, le lamelle metalliche all'interno dell'elettroscopio si separeranno l'una dall'altra, poiché entrambe si respingeranno.
- Al contrario, se l'oggetto ha una carica opposta, le lamelle metalliche sul fondo della bottiglia rimarranno attaccate l'una all'altra..
Le lamelle all'interno dell'elettroscopio devono essere molto leggere, in modo che il loro peso sia bilanciato dall'azione delle forze repulsive elettrostatiche. Quindi, quando l'oggetto di studio viene allontanato dall'elettroscopio, le lamelle perderanno la loro polarizzazione e torneranno al loro stato naturale (chiuse).
Il fatto di caricare elettricamente l'elettroscopio è necessario per poter determinare la natura della carica elettrica dell'oggetto a cui ci avvicineremo al dispositivo. Se la carica dell'elettroscopio non è nota in anticipo, sarà impossibile determinare se la carica dell'oggetto è uguale o opposta a detta carica..
Prima di caricare l'elettroscopio, deve essere in uno stato neutro; cioè con lo stesso numero di protoni ed elettroni all'interno. Per questo motivo si suggerisce di collegare l'elettroscopio a massa prima della ricarica, per garantire la neutralità della carica del dispositivo..
L'elettroscopio può essere scaricato toccandolo con un oggetto metallico, in modo che quest'ultimo scarichi a terra la carica elettrica all'interno dell'elettroscopio..
Esistono due modi per caricare un elettroscopio prima di testarlo. Gli aspetti più rilevanti di ciascuno di questi sono descritti di seguito..
Si tratta di caricare l'elettroscopio senza stabilire un contatto diretto con esso; cioè solo avvicinandosi a un oggetto la cui carica è nota alla sfera ricevente.
Toccando la sfera ricevente dell'elettroscopio direttamente con un oggetto con una carica nota.
Gli elettroscopi vengono utilizzati per determinare se un corpo è caricato elettricamente e per distinguere se è caricato negativamente o positivamente. Attualmente gli elettroscopi vengono utilizzati in campo sperimentale, per esemplificare con il loro utilizzo la rilevazione di cariche elettrostatiche in corpi caricati elettricamente..
Alcune delle funzioni più importanti degli elettroscopi sono le seguenti:
- Rilevamento di cariche elettriche su oggetti vicini. Se l'elettroscopio reagisce all'avvicinarsi di un corpo, è perché quest'ultimo è elettricamente carico.
- Discriminazione del tipo di carica elettrica posseduta da corpi elettricamente caricati, nella valutazione dell'apertura o chiusura delle lamelle metalliche dell'elettroscopio, a seconda della carica elettrica iniziale dell'elettroscopio.
- L'elettroscopio viene utilizzato anche per misurare la radiazione dall'ambiente nel caso in cui ci sia materiale radioattivo intorno, grazie allo stesso principio di induzione elettrostatica.
- Questo dispositivo può essere utilizzato anche per misurare la quantità di ioni presenti nell'aria, valutando la velocità di carica e scarica dell'elettroscopio all'interno di un campo elettrico controllato..
Oggi gli elettroscopi sono ampiamente utilizzati nelle pratiche di laboratorio nelle scuole e nelle università, per dimostrare a studenti di vari livelli di istruzione l'uso di questo dispositivo come rilevatore di cariche elettrostatiche..
È molto facile realizzare un elettroscopio fatto in casa. Gli elementi necessari sono facili da acquisire e l'assemblaggio dell'elettroscopio è abbastanza veloce.
Di seguito sono elencati gli utensili e i materiali necessari per costruire un elettroscopio fatto in casa in 7 semplici passaggi:
- Una bottiglia di vetro. Deve essere pulito e molto asciutto.
- Un tappo per chiudere ermeticamente la bottiglia.
- Un filo di rame calibro 14.
- Una pinza.
- Un paio di forbici.
- Foglio.
- Una regola.
- Un pallone.
- Un panno di lana.
Taglia il filo di rame fino ad ottenere una sezione di circa 20 centimetri più lunga della lunghezza del contenitore..
Arriccia un'estremità del filo di rame, creando una specie di spirale. Questa parte fungerà da sfera di rilevamento della carica elettrostatica..
Questo passaggio è molto importante, poiché la spirale faciliterà la trasmissione degli elettroni dal corpo di studio all'elettroscopio, a causa dell'esistenza di una superficie maggiore..
Passa il tappo con il filo di rame. Assicurati che la parte riccia sia verso la parte superiore dell'elettroscopio.
Fai una leggera piegatura all'estremità inferiore del filo di rame, a forma di L.
Taglia i due fogli di alluminio in triangoli lunghi circa 3 centimetri. È importante che entrambi i triangoli siano identici.
Assicurati che le lamelle siano abbastanza piccole da non entrare in contatto con le pareti interne della bottiglia..
Includere un piccolo foro nell'angolo superiore di ogni foglio e inserire entrambi i pezzi di alluminio nell'estremità inferiore del filo di rame..
Cerca di mantenere i fogli di alluminio il più lisci possibile. Se i triangoli di alluminio si rompono o si increspano troppo, è meglio ripetere i campioni fino ad ottenere l'effetto desiderato..
Posizionare il tappo sul bordo superiore della bottiglia, con molta attenzione in modo che i fogli di alluminio non si deteriorino o l'assemblaggio fatto vada perso..
È estremamente importante che entrambe le lamelle siano a contatto durante la chiusura del contenitore. In caso contrario, sarà necessario modificare la piegatura del filo di rame fino a quando i fogli non si toccano..
Per dimostrarlo, puoi applicare le nozioni teoriche precedentemente descritte in tutto l'articolo, come dettagliato di seguito:
- Verificare che l'elettroscopio non sia carico: per fare ciò toccarlo con un'asta di metallo per eliminare la carica residua sul dispositivo.
- Caricare elettricamente un oggetto: strofinare un palloncino contro un panno di lana per caricare la superficie del palloncino con una carica elettrostatica.
- Avvicina l'oggetto carico alla spirale di rame: con questa pratica l'elettroscopio verrà caricato per induzione e gli elettroni del globo verranno trasferiti all'elettroscopio.
- Osservare la reazione delle piastre metalliche: i triangoli di foglio di alluminio si allontaneranno l'uno dall'altro, poiché entrambe le piastre condividono una carica dello stesso segno (negativo in questo caso).
Prova ad eseguire questo tipo di test nelle giornate asciutte, poiché l'umidità tende ad influenzare questo tipo di sperimentazione domestica perché rende difficile il passaggio degli elettroni da una superficie all'altra..
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