Электроскоп — простейшее демонстрационное устройство, предназначенное для индикации наличия электрического заряда у взаимодействующих с ним заряженных (наэлектризованных) предметов.
Принцип действия данного прибора основан на главном правиле электростатики — одноименно заряженные тела взаимно отталкиваются. Простейший электроскоп всегда можно встретить в хорошо укомплектованном кабинете физики любой современной школы. В конце концов элементарный макет двухлепесткового электроскопа несложно изготовить самостоятельно из подручных средств.
Электроскоп наиболее примитивной конструкции состоит из закрепленного вертикально металлического электрода-стрежня, на нижнем конце которого подвешены два лепестка бумаги или тонкой металлической фольги, могущие беспрепятственно отклоняться в противоположные друг от друга стороны под действием электростатических сил.
С целью обеспечения лепесткам покоя и для защиты их от случайных потоков воздуха, ветра и т. , стержневой электрод вместе с лепестками устанавливают неподвижно внутри корпуса с прозрачным стеклом со стороны наблюдателя или просто внутри стеклянной колбы. Верхняя часть стержневого электрода выводится наружу колбы, чтобы к ней можно было бы прикасаться заряженными предметами.
Хорошо, если к выступающему стержню прикреплен терминал в форме диска или шара для удобства касаться предметами. Лучше всего, если из сосуда откачан воздух, чтобы заряд на лепестках сохранялся бы как можно более долго, на протяжении всей демонстрации.
Заряд прямым контактом
В момент прикосновения к выводу стержня электроскопа заряженным предметом, допустим натертой о шерсть эбонитовой палочкой, электрический заряд стечет по стержню на спокойно весящие лепестки, в итоге лепестки заряжаются одноименно, причем тем же знаком, что и поднесенный предмет, независимо от того, зарядом какого знака был заряжен этот предмет.
Заряженные лепестки тут же отталкиваются друг от друга под действием кулоновских сил, и расходятся в разные стороны. Электроскоп показывает — заряд на предмете был, и частично принят лепестками. Если после прикосновения предмет отстранить, лепестки так и останутся в разведенном состоянии.
Заряд через влияние
Даже если просто поднести достаточно хорошо заряженный предмет (имеется ввиду — вовсе не прикасаться, а только приблизить) к стержню электроскопа, лепестки все равно разойдутся. Это называется заряд через влияние.
Допустим, подносимый предмет был заряжен положительно, тогда при его поднесении к терминалу электроскопа, на терминал с лепестков по стержню прибежит отрицательный заряд в стремлении притянуться к положительному заряду поднесенного предмета. Но поскольку этот отрицательный заряд ушел с лепестков, следовательно сами лепестки зарядились положительно и тут же разошлись.
Но стоит поднесенный предмет отдалить — лепестки опустятся вновь, так как заряд снова будет распределен по стержню и по лепесткам равномерно, как в разряженном электроскопе до приближения заряженного предмета.
А еще через влияние можно зарядить электроскоп так, чтобы даже при отдалении заряжающего предмета лепестки остались бы заряженными. Для этого можно присоединить к терминалу электроскопа заземленный провод, а кода поднесен заряженный предмет — заземление убрать. Лепестки разойдутся от избытка заряда, пришедшего из земли, и равновесие не вернется, даже когда заряжающий предмет будет убран.
Если к стержню уже заряженного электроскопа прикоснуться противоположно заряженным телом, то изначально разведенные в разные стороны лепестки начнут сближаться. Таким вот образом электроскоп позволяет определить относительный знак заряда исследуемого тела.
Андрей Повный, FB, ВК
История создания
Впервые доклад об изобретении электроскопа написал физик и врач Вильям Гилберт, работавший в Великобритании при правлении Елизаветы Первой. Этот ученый также является «отцом» электромагнетизма за счет большого вклада в науку в XVII столетии. Он создал первое устройство в 1601 г. для углубления опытов с электричеством.
Первый прибор, который назывался версориум, представлял собой конструкцию, где металлическая иголка свободно вращалась на специальном пьедестале. Конфигурация этого устройства сильно напоминала обычный компас, однако здесь была не намагниченная игла. Ее концы зрительно отличались между собой. Помимо этого, одно окончание имело отрицательный заряд, а второе — положительный.
Принцип работы был основан на импульсах, которые возникали на концах благодаря электромагнитной индукции. То есть с учетом того, какой стороной иголка располагалась максимально близко к предмету, реакция конца заключалась в том, чтобы отталкиваться или притягиваться к объекту.
В начале 1783 г. знаменитый физик из Италии Алессандро Вольта создал конденсационный электрометр, обладающий повышенной чувствительностью для определения электрозарядов.
Но самых больших успехов добился астроном и математик из Германии Иоганн Готтлиба, он изобрел золотой листовой прибор. Рисунок этого устройства напоминает конструкцию, которая используется в наше время. Оборудование имело стеклянный колокол со стальной сферой сверху. При этом последняя соединялась проводником с двумя тонкими золотыми листами. Пластины соединялись или расходились с учетом приближения электрического заряженного предмета.
Принцип работы
Электрометр — это прибор, который используется для выявления статического электричества около находящихся предметов, использует эффект соединения внутренних тонких металлических листов из-за электростатического притяжения. Статическое поле появляется на внешней части объекта за счет трения или происходящей нагрузки.
Устройство предназначается для определения наличия типа заряда с помощью переноса электронов с сильно заряженных участков на разряженные поверхности. Помимо этого, с учетом реакции пластин это позволяет определить величину электрического импульса предмета. Сфера, которая находится сверху прибора, является приемником заряда предмета изучения.
При приближении электростатически заряженного объекта ближе к устройству оно получит такой же электрозаряд от предмета. То есть, если подойти к объекту, который положительно заряжен, прибору передастся такой же заряд.
Если электрометр уже имел известный электрический импульс, можно увидеть следующее:
- Если объект одинаково нагружен, металлические листы, находящиеся в устройстве, разойдутся.
- И наоборот, если тело противоположно заряжено, стальные пластины будут между собой прочно соединены.
Металлические листы в приборе должны иметь легкий вес, чтобы их масса могла сбалансировать воздействие электрических сил отторжения. Так, если отодвигать предмет изучения от устройства, в пластинах снижается поляризация и они становятся в естественное положение («закрываются»).
Электроскоп — это устройство, используемое для обнаружения статического электричества в близлежащих объектах, использующее явление разделения их внутренних ламелей из-за электростатического отталкивания. Статическое электричество может накапливаться на внешней поверхности любого тела за счет естественного заряда или трения.
Электроскоп предназначен для обнаружения этих типов зарядов из-за переноса электронов с сильно заряженных поверхностей на менее электрически заряженные поверхности. Кроме того, в зависимости от реакции ламелей, он также может дать представление о величине электростатического заряда окружающего объекта.
Сфера, расположенная в верхней части электроскопа, функционирует как принимающее устройство для электрического заряда объекта исследования.
Если поднести электрически заряженное тело ближе к электроскопу, оно приобретет такой же электрический заряд, что и тело; то есть, если мы подойдем к электрически заряженному объекту с положительным знаком, электроскоп приобретет такой же заряд.
Если электроскоп предварительно заряжен известным электрическим зарядом, произойдет следующее:
- Если тело имеет одинаковый заряд, металлические ламели внутри электроскопа отделятся друг от друга, поскольку оба будут отталкиваться друг от друга.
- Напротив, если предмет имеет противоположный заряд, металлические ламели на дне бутылки останутся прикрепленными друг к другу.
Пластинки внутри электроскопа должны быть очень легкими, чтобы их вес уравновешивался действием сил электростатического отталкивания. Таким образом, при удалении объекта исследования от электроскопа ламели теряют поляризацию и возвращаются в свое естественное состояние (закрытые).
Как это электрически заряжено?
Факт зарядки электроскопа электрически необходим для того, чтобы можно было определить природу электрического заряда объекта, к которому мы подойдем к устройству. Если заряд электроскопа не известен заранее, будет невозможно определить, является ли нагрузка объекта такой же или противоположной нагрузке.
Перед зарядкой электроскопа он должен быть в нейтральном состоянии; то есть с равным количеством протонов и электронов внутри. По этой причине рекомендуется подключать электроскоп к земле перед выполнением зарядки, чтобы обеспечить нейтральность нагрузки устройства.
Разряд электроскопа можно осуществить, касаясь его металлическим предметом, так что последний разряжает электрический заряд, существующий внутри электроскопа, на землю.
Есть два способа зарядки электроскопа перед его испытанием. Ниже приведены наиболее важные аспекты каждого из этих.
По индукции
Он включает в себя зарядку электроскопа без установления прямого контакта с ним; то есть только при приближении к объекту, нагрузка которого известна принимающей сфере.
По контакту
Прикосновением к принимающей сфере электроскопа непосредственно предметом с известным зарядом.
Где используется электроскоп
Электроскопы используются, чтобы определить, является ли тело электрически заряженным, и различить, имеет ли оно отрицательный заряд или положительный заряд. В настоящее время электроскопы используются в экспериментальной области, чтобы наглядно продемонстрировать с их помощью обнаружение электростатических зарядов в электрически заряженных телах.
Некоторые из наиболее важных функций электроскопов следующие:
- Обнаружение электрических зарядов в близлежащих объектах. Если электроскоп реагирует на приближение тела, то это потому, что последний электрически заряжен.
- Различение типа электрического заряда, которым обладают электрически заряженные тела, при оценке открытия или закрытия металлических пластин электроскопа в зависимости от начального электрического заряда электроскопа.
- Электроскоп также используется для измерения излучения окружающей среды в случае наличия радиоактивного материала из-за того же принципа электростатической индукции..
- Это устройство также можно использовать для измерения количества ионов, присутствующих в воздухе, путем оценки скорости заряда и разряда электроскопа в контролируемом электрическом поле..
Сегодня электроскопы широко используются в лабораторных условиях в школах и университетах, чтобы продемонстрировать учащимся различных уровней образования использование этого устройства в качестве детектора электростатического заряда.
Сфера использования
Электрометры применяются, чтобы узнать, заряжен ли предмет электрически, и определить, какой у него заряд: положительный или отрицательный. Сегодня эти приборы используются в экспериментальной сфере, так можно наглядно показать обнаружение электрических импульсов.
Основные функции оборудования следующие:
- Отличие типа заряда, который находится в заряженном предмете, с помощью оценки разъединения или соединения металлических листов с учетом изначального показателя в приборе.
- Выявление заряда в близ находящихся предметах. Если устройство реагирует на приближение объекта, то это происходит из-за того, что тело заряжено.
- Оборудование используется для определения количества ионов, которые находятся в воздухе. Это происходит за счет оценки быстроты зарядки и разрядки электрометра в изучаемом электрическом поле.
- Оборудование применяется для определения излучения внешней среды при наличии радиоактивных веществ из-за этого же принципа электроиндукции.
Сейчас электрометры широко применяют в лабораториях в школах и институтах, чтобы показать ученикам разные уровни использования этого прибора в качестве устройства, которое контролирует электрический заряд.
Как сделать самодельный электроскоп
Это очень легко сделать самодельный электроскоп. Необходимые элементы легко приобрести, а сборка электроскопа происходит довольно быстро.
Ниже перечислены принадлежности и материалы, необходимые для создания самодельного электроскопа за 7 простых шагов:
- Стеклянная бутылка Это должно быть чисто и очень сухо.
- Пробка для герметичного закрытия бутылки.
- Медный провод 14 калибра.
- Плоскогубцы.
- Ножницы.
- Алюминиевая фольга.
- Правило.
- Воздушный шар.
- Шерстяное полотно.
Шаг 1
Отрежьте медный провод, пока не получите отрезок, длина которого превышает приблизительно 20 сантиметров.
Шаг 2
Согните один конец медного провода, создавая вид спирали. Эта часть будет выполнять функции сферы восприятия электростатического заряда.
Этот шаг очень важен, так как спираль будет способствовать передаче электронов от исследуемого тела к электроскопу из-за существования большей площади поверхности.
Шаг 3
Он пересекает пробку медной нитью. Убедитесь, что загнутая часть направлена к верхней части электроскопа.
Шаг 4
Сделайте небольшой изгиб на нижнем конце медного провода в форме буквы L.
Шаг 5
Разрежьте две алюминиевые фольги на треугольники длиной примерно 3 сантиметра. Важно, чтобы оба треугольника были идентичными.
Убедитесь, что ламели достаточно маленькие, чтобы не соприкасаться с внутренними стенками бутылки.
Шаг 6
Сделайте небольшое отверстие в верхнем углу каждой фольги и вставьте оба куска алюминия в нижний конец медной проволоки.
Старайтесь, чтобы листы фольги были как можно более гладкими. Если алюминиевые треугольники ломаются или мнутся слишком сильно, лучше повторять образцы, пока не будет получен желаемый эффект.
Шаг 7
Поместите пробку на верхний край бутылки, очень осторожно, чтобы алюминиевая фольга не испортилась или сделанная сборка не потерялась.
Чрезвычайно важно, чтобы обе ламели соприкасались при герметизации емкости. Если это не так, то вам придется изменить изгиб медной проволоки, пока листы не коснутся друг друга.
Особенности проверки работоспособности
Чтобы проверить работоспособность, можно использовать теоретические понятия, которые уже были описаны. Для этого необходимо выполнить следующее:
- Удостовериться, что электрометр разряжен: для этого нужно коснуться его железным стержнем, чтобы устранить находящийся в приборе заряд.
- Далее необходимо зарядить устройство, для этого нужно потереть воздушный шар о кусок шерстяной материи.
- Поднесите шарик к медной спирали, так начнет происходить индукционная зарядка.
- Смотрите за реакцией треугольников из фольги, они начнут отходить друг от друга, поскольку обе ламели имеют одинаковый заряд.
Не забывайте, что немаловажное значение для проводимости определенных предметов является состояние внешней среды. К примеру, если воздушная влажность увеличивается, то в этом случае некоторые объекты играют роль проводников.
Наглядно продемонстрировать это может молния. Поскольку она, как правило, наблюдается только в то время, когда льет дождь, то есть при повышенной влажности, соответственно, воздух может пропускать электрический заряд, хоть при солнечной погоде этого не происходит. Воздух является проводником только в том случае, если меняется влажность. Если это влияет на измерение, можно попробовать протестировать прибор в сухие дни.
Чтобы доказать это, вы можете применить теоретические концепции, ранее описанные в статье, как подробно описано ниже:
- Убедитесь, что электроскоп не заряжен: для этого прикоснитесь к нему металлическим стержнем, чтобы стереть оставшийся заряд с устройства.
- Зарядите объект электрическим током: потрите шар о шерстяную ткань, чтобы зарядить поверхность шара электростатическим зарядом.
- Поднесите заряженный объект ближе к медной спирали: при этой практике электроскоп будет заряжаться за счет индукции, и электроны от глобуса будут передаваться электроскопу.
- Наблюдайте за реакцией металлических пластин: треугольники из алюминиевой фольги будут удаляться друг от друга, поскольку обе пластины имеют заряд одного знака (в данном случае отрицательный).
Попробуйте проводить этот тип теста в засушливые дни, поскольку влажность имеет тенденцию влиять на этот тип домашних экспериментов, поскольку затрудняет переход электронов с одной поверхности на другую.
Что мы узнали?
Итак, мы узнали как устроен физический прибор, называемый электроскопом. С помощью него можно обнаруживать и измерять электрические заряды, а также демонстрировать их взаимодействие друг с другом. Этот прибор сыграл важную роль на ранних стадиях изучения электрических явлений. С помощью него ученые смогли изучить многие свойства электрических зарядов.
Электрометр
Еще один прибор, с помощью которого можно оценить заряд, называется электрометром.
Его устройство отличается от электроскопа тем, что вместо полосок бумаги содержит легкую металлическую стрелку. Она хорошо сбалансирована и может вращаться, отклоняясь от стержня на различные углы. Ось вращения стрелки проходит через ее центр, а максимальный угол отклонения составляет около 90 градусов.
Когда мы сообщаем электрометру заряд, стрелка от стержня заряжается, отталкивается от него и отклоняется на некоторый угол.
Электрометр обладает несколько большей чувствительностью по сравнению с электроскопом. Во всех конструкциях электрометров обязательно присутствует шкала.
Механические электрометры
Первый электроскоп изобрёл итальянский физик А. Вольта: прибор состоял из металлического стержня, пропущенного через каучуковую пробку, которая закрывала стеклянную бутылку. Верхний конец металлического стержня оканчивался металлическим шариком, а к низшему концу, находящемуся внутри бутылки, привешивались 2 соломинки. При соединении прибора с наэлектризованным телом, соломинки, как тела, наэлектризованные одноименно, отталкивались, и таким образом, можно было судить, заряжено данное тело или нет. Дальнейшее усовершенствование приборов этого рода состояло в том, что вместо соломинок стали привешивать листки из тонкой бумаги или же тонкие золотые листочки, вследствие чего появилась возможность обнаруживать слабые заряды на телах.
В начале 20 века наиболее употребляемыми и удобными из приборов этого рода были электроскопы Б. Кольбе.
Электрометры Вольты.
Механические электрометры в настоящее время применяются почти исключительно в учебных целях. В науке и технике они широко применялись ещё в первой трети 20 века (в частности, в исследованиях радиоактивности и космических лучей с помощью электрометров измерялась скорость потери заряда, вызванная ионизацией воздуха ионизирующими излучениями).
Современные электрометры
Современные электрометры являются электронными вольтметрами с очень высоким входным сопротивлением, достигающим 1014 ом.
Видео
Существуют приборы, с помощью которых можно обнаружить электризацию тел, это электроскоп и электрометр.
Электроскоп (от греческих слов «электрон» и skopeo – наблюдать, обнаруживать) – прибор служащий для обнаружения электрических зарядов.
— обнаружение заряда;
— определение знака заряда;
— оценивание величины заряда.
Электроскоп состоит из металлического стержня, к которому подвешены две легкоподвижные полоски бумаги или фольги. Стержень закреплен при помощи эбонитовой пробки внутри металлического корпуса цилиндрической формы, закрытого стеклянными крышками.
В основе принципа работы электроскопа заложено явление электризации. При соприкосновении натертой стеклянной палочкой (положительно заряженной) устройства (электроскопа) электрические заряды перетекут через стержень к листочкам. Имея одинаковый знак заряда, тела начнут отталкиваться, поэтому листочки электроскопа разойдутся на некоторый угол. Расход листочков на угол большего значения происходит при сообщении электроскопу большего по величине заряда, а значит, приводит к увеличению силы отталкивания между телами (рис. Следовательно, по углу расхождения листочков можно узнать о величине заряда электроскопа. Если к устройству, заряженному положительно, поднести тело, заряд которого отрицательный, то заметим, что угол между листочками уменьшится. Вывод: электроскоп дает возможность узнать знак заряда исследуемого тела.
Помимо электроскопа можно выделить еще одно устройство — электрометр. Принцип работы приборов практически не различается. Электрометр имеет легкую алюминиевую стрелку, с помощью которой по углу отклонения можно узнать о величине заряда, который был сообщен стержню электрометра.
История появления
Первым человеком, который изобрел электроскоп, был физик Уильям Гилберт. Об этом он в XVII веке изложил в своем докладе, где описал работу прибора. Этот же ученый основал теорию электромагнетизма и научился ставить опыты с электрической энергией.
Аппарат, который он изобрел, назывался версориум. Внешне он напоминал компас. Вращающаяся на пьедестале намагниченная игла имела на одном конце положительный заряд, а на другом — отрицательный. Это достигалось благодаря возникающим импульсам электромагнитной индукции. Присутствие заряда у исследуемого предмета доказывала стрелка. Какой ее конец был ближе к телу, тот отталкивался или притягивался к нему.
В 1783 году итальянец Алессандро Вольта создал уже более совершенный прибор, который носил название электрометр.
Лучший аппарат для того времени изготовил Иоганн Готтлиб, математик из Германии. Дошедший до нашего времени рисунок этого прибора напоминает образ современного устройства.
Самостоятельное создание
Измерить заряд любого тела можно при помощи самодельного электроскопа.
Чтобы изготовить его в домашних условиях, нужно подготовить материалы:
- Полоски фольги или папирусной бумаги.
- Медную проволоку длиной 20 см.
- Любой стеклянный сосуд.
- Резиновую пробку.
Имея эти материалы, можно приступать к сборке. Изготавливается прибор по следующей схеме:
- В резиновой пробке шилом проделывается отверстие, сквозь которое пропускается медная проволока. Важно, чтобы она плотно прилегала к резине. В случае необходимости медь уплотняется скотчем. При этом нижний конец проволоки должен быть длиннее верхнего.
- Снизу проволока с помощью плоскогубцев загибается в виде крючка. Внешне нужно, чтобы он напоминал букву W.
- На нижние точки полученного крючка надеваются полоски фольги или папирусной бумаги.
- Резиновая крышка плотно надевается на стеклянную колбу.
Для удобства работы с прибором на верхнюю часть медной проволоки устанавливается пластиковый шарик, обернутый в металлическую фольгу.
Принцип работы
Чтобы начать работать с электроскопом, его нужно установить на пол или стол. После этого можно начинать вести измерение заряда любого предмета. Порядок действий следующий:
- Самый простой способ проверки работы прибора — поднести к шарику ладонь. Пластинки будут слегка отклоняться друг от друга. Это доказывает, что человеческое тело обладает способностью к накоплению и распределению заряда.
- Если же взять предмет и зарядить его путем трения о шерстяную материю, а потом поднести к шарику, то результат будет более наглядным. Лепестки разойдутся в разные стороны на большое расстояние.
Таким способом можно измерять заряд разных предметов.
Усложненное оборудование
Электрометр относится к усложненному оборудованию. Отличается он от электроскопа тем, что вместо проволоки в металлический корпус опускается медный стержень. С двух сторон емкости располагаются стекла. К медному стержню крепится стрелка. В корпусе имеется шкала делений. Отклонение стрелки указывает, какова величина заряда измеряемого тела.
Принцип действия электрометра такой же, как и у электроскопа. К расположенному в верхней части металлическому шарику подносится заряженный предмет. Величина заряда передается через стержень на стрелку, которая и совершает свое отклонение. Используя этот аппарат, можно изучать электростатические явления.
Современные электронные приборы
Современные электрометры представляют собой электронные приборы, состоящие из усилителя и транзисторов. С помощью усилителя ведется увеличение тока. В результате улучшается процедура измерения. В качестве питания используется высоковольтный источник.
Результаты полученных данных высвечиваются на дисплее. Это позволяет пользователю просматривать и анализировать их.
Для домашних условий не нужно иметь такой прибор. Чтобы определить заряд любого предмета, можно использовать аппарат самодельной конструкции. Работа с ним простая и не требует квалификации.
Сборка из подручных материалов
Изобрести нового типа устройство, способное выполнять накопление зарядов, довольно сложно. Но вот повторить самостоятельно конструкцию простого электроскопа, пожалуй, будет по силам каждому заинтересованному. Собрать измеритель можно из подручных материалов, которые наверняка можно найти дома.
Для самостоятельного конструирования понадобится:
- железная проволока (лучше из меди);
- фольга;
- ножницы;
- шило;
- пластилин;
- банка с крышкой.
Итак, с помощью шила необходимо выполнить отверстие в крышке диаметр, которого будет совпадать с толщиной проволоки. Затем продеть её через неё проводник. Длина просунутой проволоки должна быть такой, чтобы она не доставала до дна ёмкости. Оптимальное расстояние до низа банки — пять сантиметров. На конце проволоки необходимо сделать крючок.
Теперь с помощью ножниц из фольги нужно вырезать две тонкие полоски длиной два сантиметра. Их назначение будет как раз и заключаться в собирании зарядов. Две полоски последовательно нужно нанизать на крючок. Банку закрыть крышкой, а отверстие возле проволоки загерметизировать пластилином. Устройство практически готово. Останется из фольги скрутить шар и надеть его сверху на выглядывающий конец проводника. Теперь можно переходить к испытанию прибора.
Действие такого электрометра, а называться это самостоятельно собранное устройство будет именно так, основано на природном явлении. Продемонстрировать его можно следующим образом. Взять эбонитовую палочку и потереть её об кусочек материи или, например, расчёску о волосы. Затем дотронуться до шара. Заряды с наэлектризованного тела перейдут на проводник (проволоку). До этого момента стержень был электрически нейтральным. Но теперь заряды группируются по знаку, а проволока заряжается положительно или отрицательно. Такой же знак получает фольга. Из-за того, что две полоски будут иметь однотипный заряд, они оттолкнутся друг от друга.
Стоит отметить интересную особенность, которую редко упоминают в докладах, посвящённых этому явлению. Заключается она в том, что заряды одного знака располагаются при электризации на поверхности проводников. Связано это с тем, что они отталкиваются друг от друга, поэтому и выталкиваются на поверхность.
Видео
Наличие электрической зарядки прибора требуется для определения природы импульса исследуемого предмета, куда подносят оборудование. Если заряд электрометра предварительно не узнать, то не получится определить, является ли нагрузка на теле такой же либо она противоположна.
Перед зарядом оборудования оно должно находиться в нейтральном состоянии — быть внутри с одинаковым количеством электронов и протонов. Поэтому, перед тем как заряжать, необходимо установить устройство на пол и подключить электрометр к заземлению, так можно обеспечить нейтральность нагрузки прибора. Разрядку оборудования можно произвести, если прикоснуться к нему металлическим предметом.
Существует несколько способов зарядки прибора перед проведением испытаний:
Для чего это??
Электроскопы используются, чтобы определить, является ли тело электрически заряженным, и различить, имеет ли оно отрицательный заряд или положительный заряд. В настоящее время электроскопы используются в экспериментальной области, чтобы наглядно продемонстрировать с их помощью обнаружение электростатических зарядов в электрически заряженных телах.
Некоторые из наиболее важных функций электроскопов следующие:
— Обнаружение электрических зарядов в близлежащих объектах. Если электроскоп реагирует на приближение тела, то это потому, что последний электрически заряжен.
— Различение типа электрического заряда, которым обладают электрически заряженные тела, при оценке открытия или закрытия металлических пластин электроскопа в зависимости от начального электрического заряда электроскопа.
— Электроскоп также используется для измерения излучения окружающей среды в случае наличия радиоактивного материала из-за того же принципа электростатической индукции.
— Это устройство также можно использовать для измерения количества ионов, присутствующих в воздухе, путем оценки скорости заряда и разряда электроскопа в контролируемом электрическом поле.
Сегодня электроскопы широко используются в лабораторных условиях в школах и университетах, чтобы продемонстрировать учащимся различных уровней образования использование этого устройства в качестве детектора электростатического заряда.
Изготовление своими руками
Изготовить самостоятельно простейший электроскоп довольно просто. Требуемые детали легко купить, а сборка производится очень быстро.
- герметичная пробка для закрытия банки;
- непосредственно банка (сухая и чистая);
- пассатижи;
- медная проволока сечением 1,5 мм;
- обычная фольга;
- ножницы;
- кусок шерстяного материала;
- воздушный шарик.
Вначале нужно отрезать медную проволоку длиной около 25 см. Один ее конец сгибается в форме спирали. Он будет играть роль сферы приемника электрического заряда. Этот этап важен, поскольку спираль способствует передаче электронов от изучаемого объекта к электрометру из-за своей большой площади. Проделайте в пробке отверстие и проденьте проволоку. Сделайте L-образный изгиб снизу.
Обрежьте две пластины из фольги в виде треугольника длиной приблизительно 4 см. Главное, чтобы эти ламели были одинаковые. Удостоверьтесь, что они достаточного размера, чтобы не касаться внутренней поверхности банки. На проволоку крепят пластины через предварительно проделанные два отверстия в фольге.
Нужно постараться сделать скольжение ламелей максимально плавным. Закройте осторожно пробкой банку, чтобы треугольники не повредились и не испортили сборку.
Обе пластины должны находиться в контакте друг с другом при герметизации емкости. Если соединение отсутствует, то нужно изменить изгиб проволоки, пока ламели не будут соприкасаться между собой.
Как работает электроскоп?
Теперь вы знаете конструкцию электроскопа. Но как именно работает электроскоп? Для этого нам понадобятся знания о электростатической индукции и отталкивании одноименных электрических зарядов. Рассмотрим эти явления ниже.
Электростатическая индукция (электризация через влияние).
Чтобы объяснить суть электростатической индукции, представьте, что перед вами два металлических стержня (см. рисунок 2). Один из двух стержней не заряжен, а другой несет положительный заряд.
Теперь мысленно возьмите в руку положительно заряженный металлический стержень. Что произойдет, если вы используете этот заряженный стержень, чтобы приблизиться к незаряженному металлическому стержню, не касаясь его? Положительные заряды в заряженном стержне притягивают отрицательные заряды и отталкивают положительные заряда в незаряженном стержне. Поскольку два металлических стержня не соприкасаются, никакие носители отрицательного заряда не могут «перескочить» с незаряженного стержня на заряженный. Это означает, что правый конец незаряженного стержня заряжен положительно, а левый — отрицательно, но в целом металлический стержень остается незаряженным. Этот тип переноса заряда называется электростатической индукцией.
Закон Кулона.
На данный момент не хватает только ответа на вопрос, почему одноименные заряды отталкиваются друг от друга и как эти два явления (электростатическая индукция и отталкивание одноименных зарядов) объясняют принцип работы электроскопа.
Тот факт, что одноименные заряды отталкивают друг друга, был экспериментальным наблюдением. Шарль Огюстен де Кулон смог вывести математическую зависимость для силы, действующей между двумя зарядами на определенном расстоянии, путем эксперимента с вращающимися весами. Эта математическая зависимость называется законом Кулона (сила называется — силой Кулона). Как формулируется этот закон, — для данной статьи не важно. Важно лишь то, что одноименные заряды отталкиваются друг от друга.
Как это все работает в электроскопе?
Мы выше описали необходимые нам явления. Теперь давайте посмотрим, как они объясняют принцип работы электроскопа.
Два золотых листочка соединены с «внешним миром (областью вне корпуса)» с помощью металлического стержня. В начале они не заряжены и висят вертикально вниз.
Теперь возьмите предмет, который вы хотите проверить на наличие электрического заряда. Предположим, что объект электрически заряжен. Вы начинаете приближать его к металлическому стержню. Это приводит к смещению заряда внутри металлического стержня. Электростатическая индукция приводит к тому, что два золотых листочка имеют заряд одного и того же знака.
В результате два листочка отталкиваются друг от друга, и вы, тем самым, успешно демонстрируете электрический заряд. Обратите внимание, что вы знаете только то, что объект электрически заряжен. Однако вы не можете утверждать, является ли он положительно или отрицательно заряженным.
Возможно, вам интересно, как можно определить, является ли объект (тело) положительно или отрицательно заряженным. Для этого вы заряжаете электроскоп отрицательно (рисунок 5), например, через контакт, что приводит к некоторому отталкиванию золотых листочков друг от друга. Если теперь вы поднесете предмет близко к металлическому стержню, и золотые листочки будут отталкиваться друг от друга сильнее, то вы узнаете, что предмет заряжен отрицательно. С другой стороны, если отталкивание меньше, то объект заряжен положительно.
Действие электрометра основано на отталкивании одноимённо заряженных тел. Если сообщить стержню электрический заряд любого знака — например, коснувшись сферы заряженной палочкой, то часть заряда через металлическую ось перейдёт со стержня на стрелку, вследствие чего стрелка начнёт отталкиваться от стержня и отклонится на некоторый угол.
Типы электроскопов.
Помимо электроскопа с золотыми листочками, существует множество различных конструкций. К ним относятся стрелочный электроскоп, двойной стрелочный электроскоп, электроскоп с фольгой, капиллярный электрометр. Хотя все конструкции звучат по-разному, основные принципы их работы схожи с теми, которые мы объяснили вам в этой статье.
