Electroscope: History, Cách thức hoạt động, những gì nó phục vụ
Máy quang điện là một thiết bị được sử dụng để phát hiện sự tồn tại của điện tích trên các vật thể gần đó. Nó cũng chỉ ra dấu hiệu của điện tích; đó là, nếu đó là một điện tích âm hoặc dương. Nhạc cụ này được tạo thành từ một thanh kim loại nhốt trong chai thủy tinh.
Thanh này có hai tấm kim loại rất mỏng (vàng hoặc nhôm) được kết nối ở phần dưới của nó. Đổi lại, cấu trúc này được niêm phong bằng nắp vật liệu cách điện và ở đầu trên cùng có một quả cầu nhỏ gọi là "collector".
Khi tiếp cận một vật tích điện với máy quang điện, hai loại phản ứng có thể được chứng kiến bởi các lamen kim loại ở đầu dưới của cấu hình: nếu các lamella được tách ra khỏi nhau thì có nghĩa là vật đó có cùng điện tích hơn điện quang.
Mặt khác, nếu các lamellae kết hợp với nhau, điều đó cho thấy vật thể có điện tích trái ngược với điện tích của máy quang điện. Điều quan trọng là sạc điện kế với một điện tích có dấu hiệu đã biết; do đó, bằng cách loại bỏ nó sẽ khả thi để suy ra dấu hiệu của điện tích của vật thể mà chúng ta tiếp cận thiết bị.
Các máy đo điện cực kỳ hữu ích để xác định xem một cơ thể có tích điện hay không, ngoài việc đưa ra các chỉ dẫn về dấu hiệu của tải và cường độ của nó.
Lịch sử
Máy quang điện được phát minh bởi bác sĩ và nhà vật lý người Anh William Gilbert, người từng là nhà vật lý của chế độ quân chủ Anh trong triều đại của Nữ hoàng Elizabeth I.
Gilbert còn được gọi là "cha đẻ của điện từ và điện" nhờ những đóng góp to lớn của ông cho khoa học trong thế kỷ XVII. Ông đã chế tạo máy quang điện đầu tiên được biết đến vào năm 1600, với mục đích đào sâu các thí nghiệm về điện tích tĩnh điện.
Máy quang điện đầu tiên, được gọi là Versorium, là một thiết bị bao gồm một kim kim loại, được quay tự do trên bệ.
Cấu hình của Versorium rất giống với kim la bàn, nhưng trong trường hợp này, kim không bị từ hóa. Các đầu của kim được phân biệt trực quan với nhau; Ngoài ra, một đầu của kim có điện tích dương và đầu kia có điện tích âm.
Cơ chế hoạt động của câu đối được dựa trên các điện tích cảm ứng ở hai đầu kim, bằng phương pháp cảm ứng tĩnh điện. Do đó, tùy thuộc vào đầu kim gần nhất với vật xung quanh, phản ứng của đầu đó sẽ là chỉ hoặc đẩy vật bằng kim.
Nếu vật thể có điện tích dương, các điện tích chuyển động âm trong kim loại sẽ bị hút vào vật thể, và đầu mang điện tích âm sẽ hướng về phía cơ thể gây ra phản ứng trong câu thơ.
Mặt khác, nếu vật có điện tích âm, cực thu hút vào vật sẽ là đầu dương của kim.
Sự tiến hóa
Vào giữa năm 1782, nhà vật lý nổi tiếng người Ý Alessandro Volta (1745-1827) đã chế tạo máy quang điện ngưng tụ, có độ nhạy quan trọng để phát hiện các điện tích mà sau đó các máy quang điện không phát hiện được.
Tuy nhiên, bước tiến lớn nhất của máy quang điện đến từ bàn tay của nhà toán học và thiên văn học người Đức Johann Gottlieb Friedrich von Bohnenberger (1765-1831), người đã phát minh ra máy quang điện tử tấm vàng.
Cấu hình của máy quang điện tử này rất giống với cấu trúc được biết đến ngày nay: thiết bị được tạo thành từ một chiếc chuông thủy tinh có hình cầu bằng kim loại ở đầu trên.
Đổi lại, quả cầu này được kết nối thông qua một dây dẫn với hai tấm vàng rất mỏng. Các "ổ bánh vàng" tách ra hoặc nối lại với nhau khi một cơ thể tích điện được tiếp cận.
Nó hoạt động như thế nào?
Máy quang điện là một thiết bị được sử dụng để phát hiện tĩnh điện trong các vật thể gần đó, sử dụng hiện tượng tách lớp màng bên trong của chúng do lực đẩy tĩnh điện.
Tĩnh điện có thể được tích lũy trên bề mặt bên ngoài của bất kỳ cơ thể nào, bằng tải trọng tự nhiên hoặc bằng cách cọ xát.
Máy quang điện được thiết kế để phát hiện sự hiện diện của loại điện tích này, do sự chuyển điện tử từ bề mặt mang điện tích cao sang bề mặt ít tích điện. Hơn nữa, tùy thuộc vào phản ứng của lamellae, nó cũng có thể cung cấp một ý tưởng về độ lớn của điện tích tĩnh điện của vật thể xung quanh.
Quả cầu nằm ở phần trên của máy quang điện hoạt động như một thực thể nhận điện tích của vật thể nghiên cứu.
Bằng cách đưa một vật tích điện gần hơn với máy quang điện, nó sẽ thu được cùng một điện tích từ cơ thể; nghĩa là, nếu chúng ta mang một vật tích điện có dấu dương, thì máy quang điện sẽ thu được điện tích tương tự.
Nếu trước đó điện kế được sạc với một điện tích đã biết, điều sau đây sẽ xảy ra:
- Nếu cơ thể có cùng tải, các lamella kim loại nằm bên trong máy quang điện sẽ được tách ra khỏi nhau, vì cả hai sẽ đẩy lùi.
- Ngược lại, nếu vật có điện tích trái dấu, các mảnh kim loại ở đáy chai sẽ vẫn liên kết với nhau.
Các lamellae bên trong máy quang điện phải rất nhẹ, do đó trọng lượng của chúng được cân bằng bởi tác động của lực đẩy tĩnh điện. Do đó, bằng cách di chuyển đối tượng nghiên cứu ra khỏi máy quang điện, lamellae sẽ mất phân cực và trở về trạng thái tự nhiên (đóng).
Làm thế nào nó được sạc điện?
Thực tế sạc điện quang là cần thiết để có thể xác định bản chất của điện tích của vật thể mà chúng ta sẽ tiếp cận thiết bị. Nếu điện tích của máy quang điện không được biết trước, sẽ không thể xác định được tải của vật bằng hoặc ngược với tải đó.
Trước khi sạc điện kế, nó phải ở trạng thái trung tính; nghĩa là, với số lượng proton và electron bằng nhau trong phần bên trong của nó. Vì lý do này, nên kết nối máy quang điện với mặt đất trước khi thực hiện sạc, để đảm bảo tính trung lập của tải của thiết bị.
Việc phóng điện của máy quang điện tử có thể được thực hiện bằng cách chạm vào nó bằng một vật kim loại, để cái sau rút hết điện tích tồn tại bên trong máy quang điện đến trái đất.
Có hai cách để sạc điện kế trước khi thử nghiệm nó. Dưới đây là các khía cạnh có liên quan nhất của mỗi trong số này.
Theo cảm ứng
Nó liên quan đến việc sạc điện kế mà không thiết lập tiếp xúc trực tiếp với nó; nghĩa là, chỉ tiếp cận một vật thể có điện tích được biết đến quả cầu nhận.
Bằng cách liên lạc
Bằng cách chạm trực tiếp vào quả cầu nhận của máy quang điện tử với một vật có điện tích đã biết.
Nó dùng để làm gì?
Máy quang điện được sử dụng để xác định xem một cơ thể có tích điện hay không, và phân biệt xem nó có điện tích âm hay điện tích dương hay không. Hiện tại các máy quang điện được sử dụng trong lĩnh vực thí nghiệm, để minh họa cho việc sử dụng chúng để phát hiện các điện tích tĩnh điện trong các vật tích điện.
Một số chức năng quan trọng nhất của máy quang điện như sau:
- Phát hiện các điện tích trong các vật thể gần đó. Nếu máy quang điện phản ứng với cách tiếp cận của cơ thể, đó là do cái sau được tích điện.
- Phân biệt loại điện tích mà các vật tích điện có, khi đánh giá độ mở hoặc đóng của lamella kim loại của máy quang điện, tùy thuộc vào điện tích ban đầu của máy quang điện.
- Máy quang điện cũng được sử dụng để đo bức xạ của môi trường trong trường hợp có chất phóng xạ xung quanh, do cùng một nguyên tắc cảm ứng tĩnh điện.
- Thiết bị này cũng có thể được sử dụng để đo lượng ion có trong không khí, bằng cách đánh giá điện tích và tốc độ phóng điện của máy quang điện trong một điện trường được kiểm soát.
Ngày nay, máy đo điện được sử dụng rộng rãi trong thực hành phòng thí nghiệm ở trường học và đại học, để chứng minh cho sinh viên ở các cấp học khác nhau về việc sử dụng thiết bị này như một máy dò điện tĩnh.
Làm thế nào để làm cho một điện quang gia đình?
Nó rất dễ dàng để làm cho một điện kế tự chế. Các yếu tố cần thiết rất dễ thu nhận và việc lắp ráp máy quang điện khá nhanh.
Dưới đây là những dụng cụ và vật liệu cần thiết để chế tạo máy quang điện tự chế trong 7 bước đơn giản:
- Một chai thủy tinh. Nó cần phải được sạch sẽ và rất khô.
- Một nút chai để niêm phong chai.
- Một dây đồng 14 thước.
- Một cái kìm.
- Một cái kéo.
- Lá nhôm.
- Một quy tắc.
- Một quả bóng bay.
- Một miếng vải len.
Thủ tục
Bước 1
Cắt dây đồng cho đến khi bạn có được một phần vượt quá khoảng 20 cm chiều dài của container.
Bước 2
Cuộn tròn một đầu của dây đồng, tạo thành một loại xoắn ốc. Phần này sẽ thực hiện các chức năng của quả cầu cảm biến điện tích.
Bước này rất quan trọng, vì vòng xoắn ốc sẽ tạo điều kiện cho việc truyền electron từ cơ thể nghiên cứu sang máy quang điện tử, do sự tồn tại của một diện tích bề mặt lớn hơn.
Bước 3
Nó băng qua nút chai bằng chỉ đồng. Hãy chắc chắn rằng phần cuộn tròn hướng về phía trên của máy quang điện.
Bước 4
Tạo một độ cong nhẹ ở đầu dưới của dây đồng, theo hình chữ L.
Bước 5
Cắt hai lamellae dưới dạng hình tam giác khoảng 3 cm trong cơ sở. Điều quan trọng là cả hai hình tam giác đều giống hệt nhau.
Hãy chắc chắn rằng các lamella đủ nhỏ để không tiếp xúc với các bức tường bên trong của chai.
Bước 6
Nó bao gồm một lỗ nhỏ ở góc trên của mỗi lá và chèn cả hai miếng nhôm vào đầu dưới của dây đồng.
Cố gắng giữ cho các lá nhôm trượt càng mịn càng tốt. Nếu các hình tam giác bằng nhôm bị vỡ hoặc nhăn quá nhiều, tốt hơn là lặp lại các mẫu cho đến khi đạt được hiệu quả mong muốn.
Bước 7
Đặt nút chai ở cạnh trên của chai, rất cẩn thận để các lamellas nhôm không bị hư hỏng hoặc mất lắp ráp được thực hiện.
Điều cực kỳ quan trọng là cả hai lamellae đều tiếp xúc khi niêm phong container. Nếu đây không phải là trường hợp, thì bạn nên sửa đổi uốn cong của dây đồng cho đến khi các tấm chạm vào nhau.
Kiểm tra điện kế của bạn
Để chứng minh, bạn có thể áp dụng các khái niệm lý thuyết được mô tả trước đây trong suốt bài viết, như chi tiết dưới đây:
- Đảm bảo rằng điện kế không được sạc: để làm như vậy, hãy chạm vào nó bằng một thanh kim loại để xóa mọi điện tích còn lại trong thiết bị.
- Tải một vật bằng điện: chà một quả bóng bay vào một miếng vải len để tải bề mặt của quả bóng điện tĩnh.
- Tiếp cận vật thể tích điện vào vòng xoắn ốc bằng đồng: với thực hành này, máy quang điện sẽ được tích điện bằng cảm ứng và các electron của quả cầu sẽ được chuyển sang máy quang điện.
- Quan sát phản ứng của các lá kim loại: các hình tam giác lá nhôm sẽ di chuyển ra xa nhau, vì cả hai lá chia sẻ một tải cùng dấu (âm trong trường hợp này).
Cố gắng thực hiện loại thử nghiệm này vào những ngày khô ráo, vì độ ẩm thường ảnh hưởng đến loại thí nghiệm tại nhà này vì nó khiến các electron khó truyền từ bề mặt này sang bề mặt khác.
