Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для концептуальной модели телевидения 19-го века см. Телескоп .
Версориум Гилберта

Электроскопа является ранним научным инструментом для обнаружения присутствия электрического заряда на теле. Он обнаруживает заряд по движению тестового объекта из-за воздействия на него кулоновской электростатической силы . Количество заряда на объекте пропорционально его напряжению . Для накопления заряда, достаточного для обнаружения с помощью электроскопа, требуются сотни или тысячи вольт, поэтому электроскопы используются с источниками высокого напряжения, такими как статическое электричество и электростатические машины . Электроскоп может дать лишь приблизительное представление о количестве заряда; прибор, который количественно измеряет электрический заряд, называется электрометром..

Электроскоп был первым электрическим измерительным прибором . Первый электроскоп был повернутом иглы ( так называемый versorium ), изобретенный британский врач Уильям Гилберт вокруг 1600. [1] [2] пробковый шарик электроскоп и золото-лист электроскоп два классических типа электроскопа [2] , которые до сих пор используется в физическом образовании для демонстрации принципов электростатики . Тип электроскопа также используется в дозиметре излучения кварцевого волокна . Электроскопы использовались австрийским ученым Виктором Гессом при открытии космических лучей..

Электроскоп пробкового шара [ править ]

Как это устроено

В 1731 году Стивен Грей использовал простую висящую нить, которая притягивалась к любому ближайшему заряженному объекту. Это было первое усовершенствование версориума Гилберта с 1600 года. [3]

Сердцевина-шар электроскоп, изобретен британский детоводитель и физик Джон Кантон в 1754, состоит из одного или двух маленьких шариков легкого непроводящего вещества, первоначально губчатый растительный материал под названием бузина , [4] , приостановленных шелковой или льняной нитью с крючка из изолированного стенда. [5] Тиберий Кавалло создал электроскоп в 1770 году с пробковыми шариками на концах серебряных проволок. [3] 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 - за индуцированной поляризации [6] из атомов внутри пробкового шара. [7] [8] [9] [10] 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 не является проводником , 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)Если поднести его к сердцевинному шару (A) , отрицательные электроны (синие знаки минус) в каждом атоме (желтые овалы) будут притягиваться и слегка перемещаться в сторону атома ближе к объекту. 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. [7] Это разделение зарядов микроскопическое, но поскольку атомов так много, крошечные силы складываются в достаточно большую силу, чтобы переместить легкий сердцевинный шар.

Пробковый шар можно зарядить, коснувшись им заряженного объекта, поэтому некоторые из зарядов 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 зарядами 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, заряжающего 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.

Электроскоп с позолотой [ править ]

Электроскоп сусальным золотом, показывающий электростатическую индукцию
Воспроизвести медиа
Использование электроскопа для демонстрации электростатической индукции. Устройство имеет листья / иглу, которые заряжаются при введении в него заряженного стержня. Листья изгибают лист / иглу, и чем сильнее создается статический заряд, тем сильнее изгибается.

Золото-лист электроскоп был разработан в 1787 году британского физика священнослужителя и Авраам Беннет , [4] , как более чувствительным инструмент , чем пробковый шарик или соломенное лезвие электроскопов тогда в использовании. [11] Он состоит из вертикального металлического стержня, обычно из латуни , на конце которого свисают две параллельные полоски тонкого гибкого сусального золота . К верхней части стержня прикрепляется дисковый или шаровой наконечник, куда прикладывается тестируемый заряд. [11] Чтобы защитить золотые листья от сквозняков, они заключены в стеклянную бутылку, обычно открытую снизу и закрепленную на проводящемоснование. Часто в бутылке есть заземленные металлические пластины или полосы фольги, окаймляющие золотые листы с обеих сторон. Это мера безопасности; Если к тонким золотым листам приложить чрезмерный заряд, они коснутся заземляющих пластин и разрядятся, прежде чем порваться. Они также улавливают утечку заряда через воздух, который накапливается на стеклянных стенках, увеличивая чувствительность прибора. В точных приборах внутренняя часть бутылки иногда откачивалась, чтобы предотвратить утечку заряда на клемме из-за ионизации воздуха.

Когда металлический вывод касается заряженного предмета, золотые листья расходятся в виде перевернутой буквы «V». Это связано с тем, что часть заряда объекта проходит через вывод и металлический стержень к листам. [11] Поскольку они получают одинаковый заряд знака, они отталкиваются друг от друга и, таким образом, расходятся. Если клемму заземлить , прикоснувшись к ней пальцем , заряд передается через человеческое тело в землю, и золотые листы сближаются.

Электроскоп также можно заряжать, не касаясь им заряженного объекта, с помощью электростатической индукции . Если поднести заряженный объект к клемме электроскопа, листочки также расходятся, потому что электрическое полеобъекта заставляет заряды в стержне электроскопа разделять листья. Заряды противоположной полярности заряженному объекту притягиваются к клемме, в то время как заряды той же полярности отталкиваются к листьям, заставляя их распространяться. Если клемму электроскопа заземлить, когда заряженный объект находится поблизости, при кратковременном прикосновении к нему пальцем заряды той же полярности на листьях стекают на землю, оставляя электроскоп с чистым зарядом, противоположным полярности объекта. Листы закрываются, потому что весь заряд сосредоточен на конце. Когда заряженный объект удаляется, заряд на терминале распространяется на листья, заставляя их снова разлетаться.

  • Электроскопы с позолотой

  • Конденсационный электроскоп, кафедра физики Римского университета.

  • Электроскоп примерно 1910 года с заземляющими электродами внутри банки, как описано выше.

  • Электрометр Кольбе, прецизионная форма сусального золота. У этого есть легкая поворотная алюминиевая лопасть, висящая рядом с вертикальной металлической пластиной. При зарядке лопасть отталкивается от пластины и свешивается под углом.

  • Самодельный электроскоп, 1900 г.

См. Также [ править ]

  • Электрические измерения
  • Измеритель электростатического поля
  • Электрометр с чашкой Фарадея
  • Радиация

Сноски [ править ]

  1. ^ Гилберт, Уильям; Эдвард Райт (1893). О магнетитах и ​​магнитных телах . Джон Вили и сыновья. п. 79 .перевод П. Флери Моттелэя Уильяма Гилберта (1600) Die Magnete , Лондон
  2. ^ a b Флеминг, Джон Эмброуз (1911). «Электроскоп»  . В Чисхолме, Хью (ред.). Encyclopdia Britannica . 9 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 239.
  3. ^ a b Бейгри, Брайан (2007). Электричество и магнетизм: историческая перспектива . Вестпорт, Коннектикут: Greenwood Press. п. 33.
  4. ^ a b Дерри, Томас К .; Уильямс, Тревор (1993) [1961]. Краткая история технологии: с древнейших времен до 1900 года нашей эры . Дувр. п. 609. ISBN 0-486-27472-1.п. 609
  5. Перейти ↑ Elliott, P. (1999). «Авраам Беннет FRS (1749–1799): провинциальный электрик в Англии восемнадцатого века» (PDF) . Примечания и отчеты Лондонского королевского общества . 53 (1): 61. DOI : 10.1098 / rsnr.1999.0063 . JSTOR 531928 . S2CID 144062032 .   
  6. ^ Шервуд, Брюс А .; Рут В. Чабай (2011). Материя и взаимодействия (3-е изд.). США: Джон Уайли и сыновья. С. 594–596. ISBN 978-0-470-50347-8.
  7. ^ а б Каплан MCAT Physics 2010–2011 . США: Kaplan Publishing. 2009. с. 329. ISBN. 978-1-4277-9875-6. Архивировано из оригинала на 2014-01-31.
  8. ^ Пол Э. Типпенс, Электрический заряд и электрическая сила , презентация PowerPoint, стр. 27–28, 2009 г., S. Polytechnic State Univ. Архивировано 19 апреля 2012 года в Wayback Machine на сайте DocStoc.com.
  9. ^ Хендерсон, Том (2011). «Зарядные взаимодействия» . Статическое электричество, Урок 1 . Кабинет физики . Проверено 1 января 2012 .
  10. ^ Winn, Уилл Винн (2010). Введение в понятную физику. 3: Электричество, магнетизм и свет . США: Авторский дом. п. 20.4. ISBN 978-1-4520-1590-3.
  11. ^ a b c * [Анон.] (2001) "Электроскоп", Британская энциклопедия

Внешние ссылки [ править ]

  • "Пробковый электроскоп" . Демонстрационный ресурс по физике . Университет Святой Марии . Проверено 28 мая 2015 .
  • «Компьютерное моделирование электроскопов» . Молекулярный верстак . Консорциум Конкорд.
  • "Пробковый шар и видео заряженного стержня" . Канал "Физика Святой Марии" на YouTube . Физика Святой Марии в Интернете.