Eletroscópio: História, como funciona, o que serve

Um eletroscópio é um dispositivo usado para detectar a existência de cargas elétricas em objetos próximos. Também indica o sinal da carga elétrica; isto é, se é uma carga negativa ou positiva. Este instrumento é composto de uma haste de metal confinada dentro de uma garrafa de vidro.

Esta haste tem duas chapas de metal muito finas (ouro ou alumínio) conectadas em sua parte inferior. Por sua vez, esta estrutura é selada com uma tampa de material isolante, e na extremidade superior tem uma pequena esfera chamada "coletor".

Ao se aproximar de um objeto eletricamente carregado a um eletroscópio, dois tipos de reações podem ser observadas pelas lamelas metálicas que estão na extremidade inferior da configuração: se as lamelas estão separadas umas das outras, isso significa que o objeto tem a mesma carga elétrica. que o eletroscópio.

Por outro lado, se as lamelas se juntam, é indicativo que o objeto tem uma carga elétrica oposta à carga do eletroscópio. A chave é carregar o eletroscópio com uma carga elétrica de sinal conhecido; Assim, ao descartar, será viável deduzir o sinal da carga elétrica do objeto que nos aproximamos do dispositivo.

Os eletroscópios são extremamente úteis para determinar se um corpo é carregado eletricamente, além de dar indicações sobre o sinal da carga e a intensidade do mesmo.

História

O eletroscópio foi inventado pelo médico e físico inglês William Gilbert, que atuou como físico da monarquia inglesa durante o reinado da rainha Elizabeth I.

Gilbert também é conhecido como "o pai do eletromagnetismo e da eletricidade" graças a suas grandes contribuições à ciência durante o século XVII. Ele construiu o primeiro eletroscópio conhecido no ano de 1600, com o objetivo de aprofundar seus experimentos em cargas eletrostáticas.

O primeiro eletroscópio, chamado versório, era um dispositivo que consistia de uma agulha de metal, que girava livremente sobre um pedestal.

A configuração do versório era muito semelhante à de uma agulha de bússola, mas neste caso a agulha não era magnetizada. As extremidades da agulha eram visualmente diferenciadas uma da outra; Além disso, uma das extremidades da agulha tinha uma carga positiva e a outra uma carga negativa.

O mecanismo de ação do versório foi baseado nas cargas induzidas nas extremidades da agulha, por meio de indução eletrostática. Assim, dependendo do final da agulha que estava mais próxima do objeto circundante, a reação dessa extremidade seria apontar ou repelir o objeto com a agulha.

Se o objeto tivesse uma carga positiva, as cargas em movimento negativas no metal seriam atraídas para o objeto, e o fim carregado negativamente apontaria para o corpo que induz a reação no versório.

Caso contrário, se o objeto tivesse uma carga negativa, o pólo atraído para o objeto seria o final positivo da agulha.

Evolução

Em meados de 1782, o notável físico italiano Alessandro Volta (1745-1827) construiu o eletroscópio de condensação, que tinha uma sensibilidade importante para detectar cargas elétricas que os eletroscópios não detectavam.

No entanto, o maior avanço do eletroscópio veio da mão do matemático e astrônomo alemão Johann Gottlieb Friedrich von Bohnenberger (1765-1831), que inventou o eletroscópio de chapa de ouro.

A configuração deste eletroscópio é muito semelhante à estrutura que é hoje conhecida: o dispositivo era constituído por um sino de vidro que tinha uma esfera de metal na extremidade superior.

Por sua vez, esta esfera foi conectada através de um condutor a duas folhas de ouro muito fino. Os "pães dourados" separados ou unidos como um corpo eletrostaticamente carregado se aproximavam.

Como funciona?

Um eletroscópio é um dispositivo usado para detectar eletricidade estática em objetos próximos, fazendo uso do fenômeno de separação de suas lamelas internas devido à repulsão eletrostática.

A eletricidade estática pode ser acumulada na superfície externa de qualquer corpo, seja por carga natural ou por fricção.

O eletroscópio é projetado para detectar a presença deste tipo de cargas, devido à transferência de elétrons de superfícies altamente carregadas para superfícies menos carregadas eletricamente. Além disso, dependendo da reação das lamelas, também poderia fornecer uma idéia da magnitude da carga eletrostática do objeto circundante.

A esfera localizada na parte superior do eletroscópio funciona como uma entidade receptora da carga elétrica do objeto de estudo.

Ao trazer um corpo eletricamente carregado para mais perto do eletroscópio, ele irá adquirir a mesma carga elétrica do corpo; isto é, se trouxermos um objeto eletricamente carregado com um sinal positivo, o eletroscópio adquirirá a mesma carga.

Se o eletroscópio for previamente carregado com uma carga elétrica conhecida, ocorrerá o seguinte:

- Se o corpo tiver a mesma carga, as lamelas metálicas que estão dentro do eletroscópio serão separadas umas das outras, pois ambas irão se repelir.

- Em contraste, se o objeto tiver uma carga oposta, os lascas de metal no fundo da garrafa permanecerão unidos.

As lamelas no interior do eletroscópio devem ser muito leves, de modo que o peso delas seja equilibrado pela ação das forças de repulsão eletrostática. Assim, afastando o objeto de estudo do eletroscópio, as lamelas perderão a polarização e retornarão ao seu estado natural (fechado).

Como é eletricamente carregado?

O fato de carregar o eletroscópio eletricamente é necessário para poder determinar a natureza da carga elétrica do objeto que abordaremos no dispositivo. Se a carga do eletroscópio não for conhecida antecipadamente, será impossível determinar se a carga do objeto é igual ou oposta a essa carga.

Antes de carregar o eletroscópio, ele deve estar no estado neutro; isto é, com um número igual de prótons e elétrons em seu interior. Por esta razão, sugere-se conectar o eletroscópio ao solo antes de realizar o carregamento, para garantir a neutralidade da carga do dispositivo.

A descarga do eletroscópio pode ser feita tocando-o com um objeto metálico, para que este último drene a carga elétrica existente no interior do eletroscópio para a terra.

Existem duas maneiras de carregar um eletroscópio antes de testá-lo. Abaixo estão os aspectos mais relevantes de cada um deles.

Por indução

Envolve carregar o eletroscópio sem estabelecer contato direto com ele; isto é, aproximando-se apenas de um objeto cuja carga é conhecida pela esfera receptora.

Por contato

Tocando a esfera receptora do eletroscópio diretamente com um objeto com carga conhecida.

Para que serve?

Eletroscópios são usados ​​para determinar se um corpo está eletricamente carregado e distinguir se ele tem carga negativa ou carga positiva. Atualmente os eletroscópios são utilizados no campo experimental, para exemplificar com seu uso a detecção de cargas eletrostáticas em corpos eletricamente carregados.

Algumas das funções mais importantes dos eletroscópios são as seguintes:

- Detecção de cargas elétricas em objetos próximos. Se o eletroscópio reage à aproximação de um corpo, é porque o último está eletricamente carregado.

- Discriminação do tipo de carga elétrica que os corpos eletricamente carregados possuem, ao avaliar a abertura ou fechamento das lamelas metálicas do eletroscópio, dependendo da carga elétrica inicial do eletroscópio.

- O eletroscópio também é usado para medir a radiação do ambiente, caso haja material radioativo ao redor, devido ao mesmo princípio de indução eletrostática.

- Este dispositivo também pode ser usado para medir a quantidade de íons que estão presentes no ar, avaliando a velocidade de carga e descarga do eletroscópio dentro de um campo elétrico controlado.

Hoje, os eletroscópios são amplamente utilizados em práticas de laboratório em escolas e universidades, para demonstrar a estudantes de vários níveis educacionais o uso deste dispositivo como um detector de carga eletrostática.

Como fazer um eletroscópio em casa?

É muito fácil fazer um eletroscópio caseiro. Os elementos necessários são fáceis de adquirir e a montagem do eletroscópio é bastante rápida.

Abaixo estão listados os utensílios e materiais necessários para construir um eletroscópio caseiro em 7 etapas simples:

- Uma garrafa de vidro. Precisa estar limpa e muito seca.

- Uma rolha para selar hermeticamente a garrafa.

- Um fio de cobre de calibre 14.

Um alicate.

- uma tesoura.

- Papel alumínio.

- Uma regra.

- Um globo.

Um pano de lã.

Procedimento

Passo 1

Corte o fio de cobre até obter uma seção que exceda aproximadamente 20 centímetros do comprimento do recipiente.

Passo 2

Enrolar uma ponta do fio de cobre, fazendo uma espécie de espiral. Esta parte executará as funções da esfera de detecção de carga eletrostática.

Este passo é muito importante, uma vez que a espiral facilitará a transmissão de elétrons do corpo de estudo para o eletroscópio, devido à existência de uma maior área de superfície.

Passo 3

Atravessa a rolha com o fio de cobre. Certifique-se de que a parte enrolada esteja voltada para o topo do eletroscópio.

Passo 4

Faça uma ligeira curvatura na extremidade inferior do fio de cobre, em forma de L.

Passo 5

Corte as duas lamelas de alumínio na forma de triângulos de aproximadamente 3 centímetros na base. É importante que ambos os triângulos sejam idênticos.

Certifique-se de que as lamelas sejam pequenas o suficiente para não entrarem em contato com as paredes internas da garrafa.

Passo 6

Inclui um pequeno orifício no canto superior de cada folha e insere ambas as peças de alumínio na extremidade inferior do fio de cobre.

Tente manter a folha de alumínio deslizando o mais suave possível. Se os triângulos de alumínio estiverem quebrados ou enrugados demais, é melhor repetir as amostras até que o efeito desejado seja obtido.

Passo 7

Coloque a rolha na borda superior da garrafa, com muito cuidado para que as lamelas de alumínio não se deteriorem ou percam a montagem feita.

É extremamente importante que ambas as lamelas estejam em contato ao vedar o contêiner. Se este não for o caso, você deve modificar a dobra do fio de cobre até que as folhas se toquem.

Teste seu eletroscópio

Para provar isso, você pode aplicar as noções teóricas descritas anteriormente ao longo do artigo, conforme detalhado abaixo:

- Certifique-se de que o eletroscópio não está carregado: para isso, toque-o com uma haste de metal para erradicar qualquer carga restante no dispositivo.

- Carrega eletricamente um objeto: esfrega um balão contra um pano de lã para carregar a superfície do balão de carga eletrostática.

- Aproxime-se do objeto carregado na espiral de cobre: ​​com essa prática o eletroscópio será carregado por indução, e os elétrons do globo serão transferidos para o eletroscópio.

- Observe a reação das folhas metálicas: os triângulos da folha de alumínio se afastarão um do outro, já que ambas as lâminas compartilham uma carga do mesmo sinal (negativo neste caso).

Tente realizar esse tipo de teste em dias secos, pois a umidade geralmente afeta esse tipo de experimento em casa, porque dificulta a passagem de elétrons de uma superfície para outra.