Elektroskop: Geschichte, wie es funktioniert, was es dient
Ein Elektroskop ist ein Gerät, mit dem das Vorhandensein elektrischer Ladungen an in der Nähe befindlichen Objekten festgestellt werden kann. Es zeigt auch das Zeichen der elektrischen Ladung an; Das heißt, wenn es sich um eine negative oder positive Ladung handelt. Dieses Instrument besteht aus einem Metallstab, der in einer Glasflasche eingeschlossen ist.
Diese Stange hat zwei sehr dünne Bleche (Gold oder Aluminium), die im unteren Teil miteinander verbunden sind. Diese Struktur ist wiederum mit einem Deckel aus Isoliermaterial abgedichtet und weist am oberen Ende eine kleine Kugel auf, die als "Kollektor" bezeichnet wird.
Bei der Annäherung eines elektrisch geladenen Objekts an ein Elektroskop können zwei Arten von Reaktionen von Metalllamellen beobachtet werden, die sich am unteren Ende der Konfiguration befinden: Wenn die Lamellen voneinander getrennt sind, bedeutet dies, dass das Objekt die gleiche elektrische Ladung aufweist als das Elektroskop.
Wenn andererseits die Lamellen zusammenkommen, ist dies ein Hinweis darauf, dass das Objekt eine elektrische Ladung aufweist, die der Ladung des Elektroskops entgegengesetzt ist. Der Schlüssel besteht darin, das Elektroskop mit einer elektrischen Ladung von bekanntem Vorzeichen aufzuladen; Durch Wegwerfen kann somit auf das Vorzeichen der elektrischen Ladung des Objekts geschlossen werden, das sich dem Gerät nähert.
Die Elektroskope sind äußerst nützlich, um festzustellen, ob ein Körper elektrisch aufgeladen ist, und geben darüber hinaus Hinweise auf das Vorzeichen der Last und deren Intensität.
Geschichte
Das Elektroskop wurde vom englischen Arzt und Physiker William Gilbert erfunden, der während der Regierungszeit von Königin Elizabeth I. als Physiker der englischen Monarchie diente.
Gilbert ist auch als "Vater des Elektromagnetismus und der Elektrizität" bekannt, dank seiner großen Beiträge zur Wissenschaft im 17. Jahrhundert. Er baute das erste bekannte Elektroskop im Jahr 1600, um seine Experimente mit elektrostatischen Aufladungen zu vertiefen.
Das erste Elektroskop, Versorium genannt, bestand aus einer Metallnadel, die sich frei auf einem Sockel drehte.
Die Konfiguration des Versoriums war der einer Kompassnadel sehr ähnlich, aber in diesem Fall war die Nadel nicht magnetisiert. Die Enden der Nadel wurden optisch voneinander unterschieden; Zusätzlich hatte ein Ende der Nadel eine positive Ladung und das andere eine negative Ladung.
Der Wirkungsmechanismus des Versoriums beruhte auf den Ladungen, die an den Enden der Nadel durch elektrostatische Induktion induziert wurden. Abhängig von dem Ende der Nadel, das dem umgebenden Objekt am nächsten war, würde die Reaktion dieses Endes darin bestehen, das Objekt mit der Nadel auszurichten oder abzustoßen.
Wenn das Objekt eine positive Ladung hätte, würden die negativen beweglichen Ladungen im Metall vom Objekt angezogen, und das negativ geladene Ende würde auf den Körper zeigen, der die Reaktion im Versorium auslöst.
Wenn das Objekt eine negative Ladung hätte, wäre der vom Objekt angezogene Pol das positive Ende der Nadel.
Evolution
Mitte 1782 baute der herausragende italienische Physiker Alessandro Volta (1745-1827) das Kondensationselektroskop, das eine wichtige Empfindlichkeit für die Erkennung elektrischer Ladungen aufwies, die die Elektroskope damals nicht erkannten.
Der größte Fortschritt des Elektroskops ging jedoch von dem deutschen Mathematiker und Astronomen Johann Gottlieb Friedrich von Bohnenberger (1765-1831) aus, der das Goldblech-Elektroskop erfand.
Die Konfiguration dieses Elektroskops ist der heute bekannten Struktur sehr ähnlich: Das Gerät bestand aus einer Glasglocke, die am oberen Ende eine Metallkugel aufwies.
Diese Kugel war wiederum über einen Leiter mit zwei dünnen Goldblechen verbunden. Die "goldenen Brote" trennten sich oder schlossen sich zusammen, als sich ein elektrostatisch aufgeladener Körper näherte.
Wie funktioniert es
Ein Elektroskop ist ein Gerät, mit dem statische Elektrizität in in der Nähe befindlichen Objekten erfasst und das Phänomen der Trennung ihrer inneren Lamellen aufgrund elektrostatischer Abstoßung ausgenutzt wird.
Statische Elektrizität kann sich an der Außenfläche jedes Körpers entweder durch natürliche Belastung oder durch Reiben ansammeln.
Das Elektroskop wurde entwickelt, um das Vorhandensein dieser Art von Ladungen aufgrund der Übertragung von Elektronen von stark geladenen Oberflächen auf weniger elektrisch geladene Oberflächen zu erfassen. Abhängig von der Reaktion der Lamellen könnte darüber hinaus auch eine Vorstellung von der Größe der elektrostatischen Aufladung des umgebenden Objekts vermittelt werden.
Die im oberen Teil des Elektroskops befindliche Kugel dient als Empfangseinheit für die elektrische Ladung des Untersuchungsobjekts.
Indem ein elektrisch geladener Körper näher an das Elektroskop herangeführt wird, erhält er die gleiche elektrische Ladung vom Körper. Das heißt, wenn wir ein elektrisch geladenes Objekt mit positivem Vorzeichen bringen, erhält das Elektroskop die gleiche Ladung.
Wenn das Elektroskop zuvor mit einer bekannten elektrischen Ladung geladen wurde, geschieht Folgendes:
- Wenn der Körper die gleiche Last hat, werden die Metalllamellen, die sich im Inneren des Elektroskops befinden, voneinander getrennt, da sich beide abstoßen.
- Wenn das Objekt eine entgegengesetzte Ladung hat, bleiben die Metallflocken im Boden der Flasche zusammengefügt.
Die Lamellen im Inneren des Elektroskops müssen sehr leicht sein, damit das Gewicht durch die Einwirkung elektrostatischer Abstoßungskräfte ausgeglichen wird. Wenn Sie das zu untersuchende Objekt vom Elektroskop entfernen, verlieren die Lamellen die Polarisation und kehren in ihren natürlichen Zustand (geschlossen) zurück.
Wie wird es elektrisch geladen?
Die Tatsache, dass das Elektroskop elektrisch aufgeladen wird, ist erforderlich, um die Art der elektrischen Ladung des Objekts bestimmen zu können, das sich dem Gerät nähert. Wenn die Ladung des Elektroskops nicht im Voraus bekannt ist, kann nicht festgestellt werden, ob die Belastung des Objekts dieser Belastung entspricht oder dieser entgegengesetzt ist.
Vor dem Aufladen muss sich das Elektroskop im neutralen Zustand befinden. das heißt, mit einer gleichen Anzahl von Protonen und Elektronen in seinem Inneren. Aus diesem Grund wird empfohlen, das Elektroskop vor dem Laden an die Erde anzuschließen, um die Neutralität der Last des Geräts zu gewährleisten.
Die Entladung des Elektroskops kann durch Berühren mit einem metallischen Gegenstand erfolgen, so dass dieser die im Inneren des Elektroskops vorhandene elektrische Ladung zur Erde ableitet.
Es gibt zwei Möglichkeiten, ein Elektroskop vor dem Testen aufzuladen. Im Folgenden sind die wichtigsten Aspekte von jedem dieser Aspekte aufgeführt.
Durch Induktion
Dabei wird das Elektroskop aufgeladen, ohne dass ein direkter Kontakt hergestellt wird. das heißt, sich nur einem Objekt nähern, dessen Ladung der empfangenden Sphäre bekannt ist.
Durch Kontakt
Durch Berühren der Empfangskugel des Elektroskops direkt mit einem Objekt mit bekannter Ladung.
Wofür ist es?
Mithilfe von Elektroskopen wird festgestellt, ob ein Körper elektrisch geladen ist, und es wird unterschieden, ob er eine negative oder eine positive Ladung aufweist. Derzeit werden die Elektroskope im experimentellen Bereich eingesetzt, um beispielhaft die Detektion elektrostatischer Ladungen in elektrisch geladenen Körpern zu veranschaulichen.
Einige der wichtigsten Funktionen der Elektroskope sind die folgenden:
- Erkennen elektrischer Ladungen in nahen Objekten. Reagiert das Elektroskop auf die Annäherung eines Körpers, ist dieser elektrisch geladen.
- Unterscheidung der Art der elektrischen Ladung, die die elektrisch geladenen Körper aufweisen, bei der Beurteilung des Öffnens oder Schließens der Metalllamellen des Elektroskops in Abhängigkeit von der anfänglichen elektrischen Ladung des Elektroskops.
- Mit dem Elektroskop wird auch die Strahlung der Umgebung gemessen, falls sich radioaktives Material in der Nähe befindet, und zwar aufgrund des gleichen Prinzips der elektrostatischen Induktion.
- Mit diesem Gerät kann auch die Menge der in der Luft vorhandenen Ionen gemessen werden, indem die Lade- und Entladegeschwindigkeit des Elektroskops in einem kontrollierten elektrischen Feld ausgewertet wird.
Heutzutage werden Elektroskope häufig in Laborpraktiken an Schulen und Universitäten eingesetzt, um Schülern verschiedener Bildungsstufen die Verwendung dieses Geräts als elektrostatischer Ladungsdetektor zu demonstrieren.
Wie erstelle ich ein Heim-Elektroskop?
Es ist sehr einfach, ein hausgemachtes Elektroskop herzustellen. Die notwendigen Elemente sind leicht zu beschaffen und der Zusammenbau des Elektroskops geht recht schnell.
Nachfolgend finden Sie die Utensilien und Materialien, die Sie benötigen, um ein hausgemachtes Elektroskop in 7 einfachen Schritten zu bauen:
- Eine Glasflasche. Es muss sauber und sehr trocken sein.
- Ein Korken zum hermetischen Verschließen der Flasche.
- Ein Kupferdraht von 14 Gauge.
- Eine Zange.
- Eine Schere.
- Aluminiumfolie.
- Eine Regel.
- Ein Ballon.
- Ein Wolltuch.
Vorgehensweise
Schritt 1
Schneiden Sie den Kupferdraht ab, bis Sie einen Abschnitt erhalten, der ungefähr 20 Zentimeter der Länge des Behälters überschreitet.
Schritt 2
Wickeln Sie ein Ende des Kupferdrahtes, so dass eine Art Spirale entsteht. Dieser Teil führt die Funktionen der elektrostatischen Ladungserfassungskugel aus.
Dieser Schritt ist sehr wichtig, da die Spirale die Übertragung von Elektronen vom Untersuchungskörper zum Elektroskop erleichtert, da eine größere Oberfläche vorhanden ist.
Schritt 3
Es kreuzt den Korken mit dem Kupferfaden. Stellen Sie sicher, dass der gewellte Teil zur Oberseite des Elektroskops zeigt.
Schritt 4
Machen Sie am unteren Ende des Kupferdrahtes eine leichte Krümmung in L-Form.
Schritt 5
Schneiden Sie die beiden Aluminiumlamellen in Form von Dreiecken mit einer Grundfläche von ca. 3 cm. Es ist wichtig, dass beide Dreiecke identisch sind.
Stellen Sie sicher, dass die Lamellen klein genug sind, um nicht mit den Innenwänden der Flasche in Berührung zu kommen.
Schritt 6
Es enthält ein kleines Loch in der oberen Ecke jeder Folie und fügt beide Aluminiumteile in das untere Ende des Kupferdrahtes ein.
Versuchen Sie, die Aluminiumfolien so glatt wie möglich zu halten. Wenn die Aluminiumdreiecke zu stark zerbrochen oder zerknittert sind, ist es besser, die Proben zu wiederholen, bis der gewünschte Effekt erzielt wird.
Schritt 7
Setzen Sie den Korken vorsichtig auf den oberen Rand der Flasche, damit die Aluminiumlamellen nicht beschädigt werden oder die hergestellte Baugruppe verlieren.
Es ist äußerst wichtig, dass beide Lamellen beim Verschließen des Behälters in Kontakt sind. Ist dies nicht der Fall, sollten Sie die Biegung des Kupferdrahtes so lange ändern, bis sich die Bleche berühren.
Testen Sie Ihr Elektroskop
Um dies zu beweisen, können Sie die theoretischen Begriffe anwenden, die zuvor im gesamten Artikel beschrieben wurden.
- Stellen Sie sicher, dass das Elektroskop nicht geladen ist: Berühren Sie es dazu mit einem Metallstab, um die verbleibende Ladung im Gerät zu beseitigen.
- Elektrisches Laden eines Objekts: Reibt einen Ballon gegen ein Wolltuch, um die Oberfläche des Ballons für elektrostatische Aufladung zu laden.
- Nähern Sie sich dem an der Kupferspirale aufgeladenen Objekt: Bei dieser Übung wird das Elektroskop durch Induktion aufgeladen und die Elektronen des Globus werden auf das Elektroskop übertragen.
- Beobachten Sie die Reaktion der Metallfolien: Die Aluminiumfoliendreiecke bewegen sich voneinander weg, da beide Folien die gleiche Last haben (in diesem Fall negativ).
Versuchen Sie, diese Art von Tests an trockenen Tagen durchzuführen, da sich die Luftfeuchtigkeit normalerweise auf diese Art von Hausversuchen auswirkt, da es für Elektronen schwierig ist, von einer Oberfläche zur anderen zu gelangen.
