Электроскоп

Электроскоп • ru.knowledgr.com

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.

Зарядка электроскопа

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:

По контакту. За счет прикосновения к принимающей сфере оборудования непосредственно предмета, заряд которого известен.
По индукции. Этот способ подразумевает зарядку электрометра без установления непосредственного контакта с прибором, то есть лишь во время приближения к предмету.

Пробковый электроскоп

Электроскоп Pith Ball 1870-х годов, демонстрирующий притяжение к заряженному объекту

Как это устроено

В 1731 году Стивен Грей использовал простую свисающую нить, которая притягивалась к любому находящемуся поблизости заряженному объекту. Это было первое улучшение версориума Гилберта с 1600 года.

Электроскоп с пробковым шаром, изобретенный британским школьным учителем и физиком Джоном Кантоном в 1754 году, состоит из одного или двух маленьких шариков из легкого непроводящего вещества, первоначально губчатого растительного материала, называемого сердцевиной , подвешенного на шелковой или льняной нити на крючке изолированного стоять. Тиберий Кавалло создал электроскоп в 1770 году с пробковыми шариками на концах серебряных проволок. В современных электроскопах обычно используются шарики из пластика. Чтобы проверить наличие заряда на объекте, его подносят к незаряженному пробковому шару. Если объект заряжен, шар притянется к нему и двинется к нему.

Притяжения происходит из — индуцированной поляризации из атомов внутри пробкового шара. Вся материя состоит из электрически заряженных частиц, расположенных близко друг к другу; каждый атом состоит из положительно заряженного ядра с окружающим его облаком отрицательно заряженных электронов . Сердцевина — непроводник , поэтому электроны в шаре связаны с атомами сердцевины и не могут покидать атомы и перемещаться в шаре, но они могут немного перемещаться внутри атомов. См. Диаграмму справа. Если, например, положительно заряженный объект (B) поднести к сердцевинному шару (A) , отрицательные электроны (синие знаки минус) в каждом атоме (желтые овалы) будут притягиваться и немного сдвинутся в сторону ближайшего атома. предмет. Положительно заряженные ядра (красные знаки плюса) будут отталкиваться и немного отодвинутся. Поскольку отрицательные заряды в стержневом шарике теперь ближе к объекту, чем положительные заряды (C) , их притяжение больше, чем отталкивание положительных зарядов, что приводит к чистой силе притяжения. Это разделение зарядов микроскопическое, но поскольку атомов очень много, крошечные силы складываются в достаточно большую силу, чтобы переместить легкий сердцевинный шар.

Пробковый шар можно зарядить, прикоснувшись им к заряженному объекту, поэтому некоторые заряды на поверхности заряженного объекта перемещаются к поверхности шара. Затем шар можно использовать для определения полярности заряда на других объектах, потому что он будет отталкиваться объектами, заряженными той же полярности или знака, но притянутыми к зарядам противоположной полярности.

Часто у электроскопа есть пара подвешенных пробковых шариков. Это позволяет сразу определить, заряжены ли пробковые шары. Если один из пробковых шариков касается заряженного объекта, заряжая его, второй притягивается и касается его, передавая часть заряда поверхности второго шара. Теперь оба шара имеют заряд одинаковой полярности, поэтому они отталкиваются друг от друга. Они свешиваются в форме перевернутой буквы «V» с разложенными в стороны шарами. Расстояние между шарами даст приблизительное представление о величине заряда.

Популярные статьи  Отличная идея для подарка: как сделать чайный домик своими руками

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.

процесс

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 5

Разрежьте две алюминиевые ламели в форме треугольников примерно на 3 сантиметра в основании

Важно, чтобы оба треугольника были идентичны

Убедитесь, что ламели достаточно малы, чтобы не соприкасаться с внутренними стенками бутылки..

Шаг 6

Он включает небольшое отверстие в верхнем углу каждой фольги и вставляет оба куска алюминия в нижний конец медной проволоки.

Постарайтесь, чтобы скольжение алюминиевой фольги было как можно более гладким. Если алюминиевые треугольники слишком сильно ломаются или сжимаются, лучше повторять образцы до получения желаемого эффекта.

Шаг 7

Поместите пробку на верхний край бутылки, очень осторожно, чтобы алюминиевые ламели не испортились и не потеряли выполненную сборку.

Чрезвычайно важно, чтобы обе ламели были в контакте при герметизации контейнера. Если это не так, то вы должны изменить изгиб медного провода, пока листы не коснутся друг друга

Проверь свой электроскоп

Чтобы доказать это, вы можете применить теоретические понятия, ранее описанные в статье, как описано ниже:

— Убедитесь, что электроскоп не заряжен: для этого прикоснитесь к нему металлическим стержнем, чтобы устранить оставшийся заряд в устройстве..

— Электрически заряжает объект: трёт воздушный шарик о шерстяную ткань, чтобы загрузить поверхность баллона с электростатическим зарядом..

— Подойдите к объекту, заряженному к медной спирали: с этой практикой электроскоп будет заряжаться по индукции, а электроны земного шара будут переноситься в электроскоп.

— Наблюдайте за реакцией металлических пластин: треугольники из алюминиевой фольги будут отходить друг от друга, так как оба листа имеют заряд одного знака (в данном случае отрицательный).

Попробуйте выполнить этот тип тестов в сухие дни, так как влажность обычно влияет на этот тип домашних экспериментов, потому что это затрудняет переход электронов с одной поверхности на другую.

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.

Предыдущая
ФизикаПравило Ленца – закон, формула
Следующая
ФизикаВынужденные колебания — характеристика, условия возникновения и примеры

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.

Популярные статьи  Детские пылесосы: особенности и советы по выбору

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.

Как это работает?

Электроскоп — это устройство, используемое для обнаружения статического электричества в близлежащих объектах, использующее явление разделения их внутренних пластин из-за электростатического отталкивания..

Статическое электричество может накапливаться на внешней поверхности любого тела путем естественной нагрузки или трения..

Электроскоп предназначен для обнаружения наличия этого типа зарядов, благодаря переносу электронов с сильно заряженных поверхностей на менее электрически заряженные поверхности. Кроме того, в зависимости от реакции ламелей это также может дать представление о величине электростатического заряда окружающего объекта..

Сфера, расположенная в верхней части электроскопа, служит приемником электрического заряда объекта исследования..

Приближая электрически заряженное тело ближе к электроскопу, оно будет получать тот же электрический заряд от тела; то есть, если мы подойдем к электрически заряженному объекту с положительным знаком, электроскоп получит тот же заряд.

Если электроскоп ранее был заряжен известным электрическим зарядом, произойдет следующее:

— Если тело имеет одинаковую нагрузку, металлические пластинки, которые находятся внутри электроскопа, отделятся друг от друга, так как оба будут отталкивать.

— Напротив, если предмет имеет противоположный заряд, металлические хлопья на дне бутылки останутся прикрепленными друг к другу..

Ламели внутри электроскопа должны быть очень легкими, чтобы их вес был сбалансирован действием электростатических сил отталкивания. Таким образом, отодвигая объект исследования от электроскопа, ламели теряют поляризацию и возвращаются в свое естественное состояние (закрыто)..

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.

Что можно определить с помощью электроскопа

Если к заряженному электроскопу прикоснуться телом, у которого заряд противоположного знака, то угол между полосками уменьшится. Таким образом с помощью электроскопа определяют знак и величину заряда, которым наэлектризованы полоски. Принцип работы электроскопа применяется в приборах, которые называются дозиметрами. С помощью дозиметров обнаруживают и измеряют количество (дозу) различных видов излучений (заряженных частиц) от радиоактивных материалов.

Рис. 3. Пример дозиметра.

Кроме демонстрации электрических эффектов, этот прибор используют также для измерения электрических токов.

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.

  1. Вопрос 1 из 5

Начать тест(новая вкладка)

Кто придумал электроскоп?

Одним из первых исследователей электричества признается древнегреческий философ Фалес Милетский (VII век до н.э.), который обратил внимание на то, что если потереть кусок янтаря шерстью, то к янтарю будут притягиваться небольшие предметы. Такова история происхождения слова электрон, которым теперь называют одну из главных элементарных частиц — носителя отрицательного заряда

Рис. 1. Электризация, расческа, бумага.

Изобретателем электроскопа считается английский исследователь Уильям Гилберт. Первый прибор он изготовил в 1600 году. В последующие годы электроскоп был усовершенствован усилиями многих ученых, но основные принципы его работы остались неизменными.

Физика8 класс

§ 26. Электроскоп

Электризация тел может осуществляться не только при трении. Например, если прикоснуться к телу каким-либо предварительно наэлектризованным предметом, то оно электризуется.

Электроскоп

Поднесём наэлектризованную эбонитовую палочку к гильзе, изготовленной из металлической фольги и висящей на шёлковой нити (рис. 33). Гильза сначала притянется к палочке, затем оттолкнётся от неё. Очевидно, гильза, коснувшись палочки, получила от неё отрицательный заряд. Это предположение можно проверить, если к уже заряженной гильзе поднести наэлектризованную о шёлк стеклянную палочку. Гильза, которая только что оттолкнулась от эбонитовой палочки, притягивается к стеклянной.

Рис. 33. Электризация гильзы

С помощью подобных опытов можно обнаружить, что тело наэлектризовано, т. е. ему сообщён электрический заряд. На рассмотренном физическом явлении основано действие электроскопа (от греч. электрон и скопео — наблюдать, обнаруживать). Электроскоп — это простейший прибор для обнаружения электрических зарядов и приблизительного определения их величины. Простейший школьный электроскоп изображён на рисунке 34. В нём металлический стержень с листочками пропущен через пластмассовую пробку, вставленную в металлический корпус. Корпус с обеих сторон закрыт стёклами. Если к незаряженному электроскопу поднести, например, заряженную эбонитовую палочку, то его лепестки разойдутся (рис. 34, а). Если к положительно заряженному электроскопу поднести тело, имеющее заряд того же знака, как электроскоп, то его листочки разойдутся сильнее. Приближая к электроскопу тело, заряженное противоположным по знаку зарядом, заметим, что угол между листочками электроскопа уменьшится (рис. 34, б).

Рис. 34. Обнаружение заряда с помощью электроскопа:
а — незаряженного; б — заряженного

Таким образом, заряженный электроскоп позволяет обнаружить, каким зарядом наэлектризовано то или иное тело.

По отклонению листочков электроскопа можно определить также, увеличился или уменьшился его заряд. Чем больше угол, на который разойдутся листочки электроскопа при его электризации, тем сильнее он наэлектризован. Значит, тем больший электрический заряд на нём находится.

Существует ещё один вид электроскопа — электрометр (рис. 35, а). В нём вместо лепестков на металлическом стержне укреплена стрелочка — В. Она, заряжаясь от стержня D, отталкивается от него и отклоняется на некоторый угол (рис. 35,6).

Рис. 35. Электрометр:
а — внешний вид; б — механизм зарядки

Вопросы

  1. Как при помощи листочков бумаги обнаружить, наэлектризовано ли тело? .
  2. Опишите устройство школьного электроскопа.
  3. Как по углу расхождения листочков электроскопа судят о его заряде?

Электроскоп золотого листа

Электроскоп золотого листа был развит в 1787 британским священнослужителем и физиком Абрахамом Беннетом как более чувствительный инструмент, чем шар сути или соломенные электроскопы лезвия тогда в использовании. Это состоит из вертикального металлического прута, обычно медь, от конца которой вешают две параллельных полосы тонкого гибкого золотого листа. Терминал диска или шара присоединен к вершине прута, где обвинение, которое будет проверено, применено. Чтобы защитить золотые листья от проектов воздуха, они приложены в стеклянной бутылке, обычно открываются в основании и установленный по проводящей основе. Часто там основаны металлические пластины или мешают полосам в бутылке, обрамляющей золотые листья с обеих сторон. Это меры по обеспечению безопасности; если чрезмерное обвинение будет применено к тонким золотым листьям, то они коснутся пластин основания и выброса перед разрывом. Они также захватили обвинение, просачивающееся через воздух, который мог накопиться на стеклянных стенах, и увеличивать чувствительность инструмента. В точных инструментах внутренняя часть бутылки иногда эвакуировалась, чтобы предотвратить обвинение на терминале от утечки прочь посредством ионизации воздуха.

Когда металлический терминал затронут заряженным объектом, золотое распространение листьев обособленно в ‘V’. Это вызвано тем, что часть обвинения на объекте проводится через предельный и металлический прут к листьям. Так как они получают то же самое обвинение в знаке, они отражают друг друга и таким образом отличаются. Если терминал заземлен, коснувшись его с пальцем, обвинение передано через человеческое тело в землю и золотые листья близко друг к другу.

Электроскоп может также быть заряжен, не касаясь его к заряженному объекту электростатической индукцией. Если заряженный объект принесен около терминала электроскопа, листья также отличаются, потому что электрическое поле объекта заставляет обвинения в пруте электроскопа отделяться. Обвинения противоположной полярности к заряженному объекту привлечены к терминалу, в то время как обвиняет в той же самой полярности, отражены к листьям, заставив их распространиться. Если терминал электроскопа заземлен, в то время как заряженный объект соседний, касаясь его на мгновение пальцем, те же самые обвинения в полярности в листьях кончаются, чтобы основать, оставляя электроскоп с чистым обвинением противоположной полярности к объекту. Листья близко, потому что обвинение все сконцентрировано в предельном конце. Когда заряженный объект отодвинут, обвинение при предельных распространениях в листья, заставив их распространиться обособленно снова.

File:Gold-leaf электроскоп-2.jpg | «Сжатие» электроскопа, Римский университетский отдел физики

File:Gold электроскоп листа с землей раздевается png|Electroscope приблизительно с 1910 с основанием электродов во фляге, как описано выше

File:Opfindelsernes

File:Электрометр Кольбе.jpg|Kolbe electrometer, форма точности инструмента золотого листа. У этого есть вертевшаяся алюминиевая лопасть света, висящая рядом с вертикальной металлической пластиной. Когда заряжено лопасть отражена пластиной и висит под углом.

File:Gold электроскоп листа самодельный jpg|Homemade электроскоп, 1 900

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: