Elektroskop
Prawo Coulomba
Jednym z podstawowych praw fizyki jest prawo Coulomba. Opisuje ono odzidziaływania elektrostatyczne między ładunkami elektrycznymi.
Prawo Coulomba mówi, że siła wzajemnego oddziaływania dwóch punktowych ładunków elektrycznych jest wprost proporcjonalna do iloczynu tych ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi:
Prostym przyrządem wykorzystującym konsekwencje płynące z prawa Coulomba jest elektroskop.
Elektroskop jest nieskomplikowanym aparatem służącym do wykrywania ładunku elektrycznego i napięcia, czyli różnicy potencjałów. Prosty elektroskop listkowy składa się z pionowego metalowego pręta, na którego końcu są przymocowane przegubowo dwa prostokątne listki z cienkiej i lekkiej folii przewodzącej prąd.
Jak wiemy ładunki jednoimienne odpychają się. Jeśli naelektryzujemy elektroskop, to jego listki rozchylą się ponieważ będą miały taki sam ładunek(tutaj dodatni, sytuacja będzie taka sama w przypadku ujemnego):
Wielkość odchylenia listków zależy od zgromadzonego na nich ładunku. Mierząc ich wychylenie możemy wnioskować o wielkości ładunku.
Ciekawostka: za pomocą elektroskopu odkryto promienie kosmiczne. Zaobserwowano, że naładowany elektroskop powoli rozładowuje się samoistnie. Efekt był coraz szybszy wraz ze wzrostem wysokości. Wytłumaczeniem była jonizacja powietrza przez cząstki pochodzące z kosmosu co powodowało "ucieczkę" ładunku.
Nic nie stoi na przeszkodzie byśmy zbudowali swój własny działający elektroskop.
Budowa
Potrzebujemy:
- Szklany słoik z plastikową zakrętką
- Folia aluminiowa
- Trochę drutu o srednicy około 1,5mm
- Drut o srednicy około 0.5mm
- Klej - na przykład Cyjanopan
Pierwszą rzeczą jaką musimy zrobić jest wyprostowanie grubego drutu. Następnie odcinamy jego kawałek o odpowiedniej długości i przekładamy go przez otwór wywiercony w pokrywce słoika. Drut zamocowujemy klejem na takiej wysokości, by jego koniec sięgał mniej więcej do połowy słoika. Drut należy na końcach pozbawić izolacji, a dodatkowo od strony wnętrza słoika zagiąć na nim niewielki haczyk:
Następnie musimy wykazać się precyzją. Z cieńszego drutu musimy wygiąć zawieszenie dla listków elektroskopu. Poniżej przedstawiam zdjęcia, na których można się wzorować. Wielkość możemy dostosować do własnych potrzeb.
Jak widzimy zawieszenie zostało wygięte z jednego kawałka drutu.
Potem musimy wyciąć z folii aluminiowej listki naszego elektroskopu. Powinny one mieć szerokość trochę mniejszą niż zawieszenie:
Paski folii zaginamy na końcach, tak by umieścić je na uprzednio wygiętym zawieszeniu.
Ostatnią czynnością jest zawieszenie widocznego powyżej elementu na haczyku wewnątrz słoika. Nasz elektroskop jest gotowy!
Zbliżając jakikolwiek naelektryzowany przedmiot do wystającego końca grubszego drutu możemy obserwować rozchylanie sie pasków folii. Wychylenie jest tym większe im większy ładunek.
Życzę miłej i pouczającej zabawy:)
Literatura dodatkowa:
- Derry T.K., Williams T., A Short History of Technology from Earliest Times to A.D. 1900, Courier Dover, 1993, str. 609
- Henderson T., The Physics Classroom: Static Electricity, the National Science Foundation, 2011
- Williams E.R., Faller J.E., Hill H.A., New Experimental Test of Coulomb's Law: A Laboratory Upper Limit on the Photon Rest Mass, Physical Review Letters, 1971, vol. 25, no. 12, str. 721-724
Marek Ples