Elektroskopas yra prietaisas, skirtas aptikti elektrinį krūvį ir jo ženklą. Čia apžvelgsime, kaip strypas ir virbas sujungti, ką galima matyti iš jo daromo atsako į aplinkos elektrostatinį lauką, ir kaip praktiškai pasigaminti paprastą elektroskopą namuose. Taip pat trumpai panagrinėsime pagrindinius elektrostatikos dėsnius, kurie lemia šio instrumento veikimą.
Kas yra elektroskopas ir ką jis rodo
Elektroskopas yra prietaisas, kuriame yra vertikalus metalinis strypas, su kuriuo jis kontaktuoja su įkrovimu. Priešingame gale jis turi du plonus metalinius lakštus. Paprastai metalinis strypas vertikaliai yra pagamintas iš vario arba panašiai, o plokštės priešingame gale gali būti iš aukso arba aliuminio. Lakštai dedami į skaidrią stiklinę dėžutę ar lemputę; stiklas negali liestis su lakštais ar lazdele.
Nedidelis įvykis parodo elektroninį atsaką: kai apkrova artėja prie vertikaliojo strypo, ašmenys juda atidarymas (jie atsiskiria). Šis judėjimas rodo apkrovą ir jos intensyvumą, nes galima atidaryti daugiau ar mažiau priklausomai nuo įkrovos. Tačiau tai nėra preciziškas įrankis apkrovai matuoti - tik jos buvimas ir ženklas. Jei krūvis yra to paties ženklo kaip elektroskopą turinčio krūvio, lakštai judės į vieną pusę, kitaip - į priešingą pusę.
Ką rodo elektroskopas gyvai - elektrostatikos dėsniai
Elektroskopas reaguoja į aplinkos elektrostatinį lauką. Jei virš laido patenka arba paliečia elektros šaltinį, elektroskopas išsielektrina, rodančiu, kad į elektroskopą pateko arba paliko elektriniai krūviai. Tai susiję su tuo, kad elektroskopas reaguoja į elektrostatinį lauką, kurį sukuria įkrovos įvairovė aplink mus.
Krūvio išlaikymo dėsnis (elektrostatikos tvermės dėsnis): vykstant bet kokiems procesams sistema išlieka su visumos krūviu, jei sistema nesikeičia krūviais su aplinka. Džaulio ir Lenco dėsnis apie šilumą: laidininke išsiskiriantis šilumos kiekis yra proporcingas srovės stipriui, laidininko varžai ir srovės laikui.
Omo dėsnis dalinei grandinei: tekanti srovė yra tiesiog proporcinga įtampai ir atvirkščiai proporcinga grandinės dalies varžai. Antroji Kirchhofo taisyklė apie srovių tęstinį suskaidymą mazguose: srovės į mazgą įtekančių ir iš jo išeinančių srovių algebrainė suma lygi nuliui. Pirmoji Kirchhofo taisyklė: į mazgą įtekančių (teigiamų) ir iš ten ištekančių (neigiamų) srovių algebrainė suma lygi nuliui. Tokie pagrindiniai dėsniai padeda suprasti, kaip veikia elektroskopas ir kaip jis reaguoja į krūvį aplinkoje.
Kaip veikia elektroskopas - praktinė išvada
Nauji tyrimai ir praktikos mintys rodo, kad rankos palietimas elektroskopo virbą gali įsielektrinti elektroskopą. Tačiau tiksliai sakyti, kad per ranką tekėjo nuolatinė srovė, reikia tiksliai matuoti srovės kryptį ir vienos grandinės dalies varžą. Dažnai teigiama, kad elektroskopas išsielektrina dėl to, kad į vyriavimą ar įkrovos pasikėlimą į įkrovos šaltinį įsikišo elektriniai krūviai, o pats elektroskopas reaguoja į aplinkos elektromagnetinį lauką.
Kaip pasigaminti namų elektroskopą
Pasiruošimas namų elektroskopui yra paprastas ir gali būti atliekamas su jau turimomis medžiagomis. Pirmiausia jums reikės auksinės folijos juostelių arba virtuvinės aliuminio folijos. Taip pat reikės stiklinio indelio su izoliuotu dangteliu arba skardinės su metaliniu dangčiu ir izoliaciniu vamzdeliu, kad virš laikyklio neatsirastų tiesioginis kontaktas su metaliniu dangteliu.
Rengiantys instrukcijas dažnai nurodo atlikti šiuos žingsnius: išvalyti laidininką, suformuoti varinę vielą ar kabelį, kurti juostą ritę, įstatyti ją į kamštį, o vėliau sujungti viską taip, kad viršuje būtų horizontali lazda ir centrinės dalies laikymo sritis. Vėliau reikia paruošti aliuminio folijos juosteles arba plonus lapelius, juos sulankstyti ir pritvirtinti taip, kad jie laisvai judėtų ir sudarytų 45 laipsnių kampu kabančias plokšteles. Taip pat galite įsigyti paruoštą elektroskopą švietimui ir jį išbandyti.
Namų bandymai su elektroskopu gali būti skirtingi: pridėti vingiuotą laidą prie įtvirtinimo ir priartinti prie daikto, kuriame manoma, nėra įkrovos. Taip pat galima priartinti įkrovos šaltinį prie įrenginio ir stebėti, kaip plokštės reaguoja. Žinoma, šie eksperimentai turi būti atliekami atsargiai ir laikantis saugumo reikalavimų.
Elektrostatikos terminai, svarbūs supratimui
- Elektros krūvis: mikrodalelių vidinė savybė, lemianti elektromagnetinę sąveiką su kitomis dalelėmis. Krūviui priskiriamas ženklas: teigiamas arba neigiamas.
- Elektros laukas: vienalyčiu vadinamas elektrostatinis laukas, kurio visų taškų stiprio vektorius yra vienodas. Superpozicijos principas: krūvių sistemos sukurto elektrostatinio lauko stipris bet kuriame taške yra lygus visų sistemos krūvių laukų stiprių vektorių sumai šiame taške.
- Elektros srovė: kryptingas krūvininkų judėjimas. Srovės stiprumas - krūvis, pratekančias per laidininko plotą per laiko vienetą.
- Tirpalai ir medžiagos: laidininkai - turi laisvuosius krūvininkus; dielėktrikai - neturi laisvųjų krūvininkų ir nepraleidžia elektros srovės; puslaidininkiai - jų savitarpas priklauso nuo išorinių veiksnių (temperatūros, apšviestumo). Santykinė dielektrinė skvarba rodo, kiek kartų sumažėja elektrostatinio lauko stipris medžiagoje palyginti su vakuume.
Trumpa papildoma informacija ir paaiškinimai
Pamokos veikla gali padėti pasiekti geresnį supratimą apie įelektrinimą ir elektrines medžiagas. Moksliniai apmąstymai apie krūvį ir įsielektrinimą leidžia suprasti, kaip kūnai sąveikauja, kai jie trinami ar įkraunami. Fizinėse demonstracijose matytos prietaisų reakcijos ir keitimasis krūviais iliustruoja, kaip veikia elektros srovė ir elektros laukas įvairiose situacijose.
| Konceptas | Paaiškinimas |
|---|---|
| Krūvis | mikrodalelių vidinė savybė, lemia elektromagnetinę sąveiką |
| Laidas | medžiaga su laisvais krūvininkais, gerai praleidžia srovę |
| Dielektrikas | neturi laisvų krūvininkų, nepraleidžia srovės |
| Puslaidininkis | savitarpiškai priklauso nuo išorės veiksnių |
Prie papildomų prašymų galima pridėti nuorodų į papildomus resursus, kad lankytojai galėtų gilinti žinias apie elektrostatiką, istorinius įrankius ir jų taikymą švietimo srityje.