的验电器是用于检测附近的物体的电荷的存在的装置。它还指示电荷的符号;也就是说,它是负电荷还是正电荷。该仪器由封闭在玻璃瓶中的金属棒组成。
该杆的下部连接有两个非常薄的金属板(金或铝)。依次地,该结构用由绝缘材料制成的盖密封,并且在上端具有称为“收集器”的小球。
当将带电的物体靠近验电器时,配置下端的金属薄片会看到两种类型的反应:如果薄片彼此分开,则意味着该物体具有相同的电荷比验电器好
另一方面,如果薄片聚集在一起,则表明该物体具有与验电器的电荷相反的电荷。关键是用已知符号的电荷给验电器充电。因此,通过丢弃,可以推断出我们带到设备中的物体的电荷的符号。
验电器在确定人体是否带电以及提供有关电荷符号和电荷强度的线索方面非常有用。
历史
该电镜是由英国医生兼物理学家威廉·吉尔伯特(William Gilbert)发明的,他曾在伊丽莎白一世女王统治期间担任英国君主制的物理学家。
吉尔伯特(Gilbert)因在17世纪对科学做出的巨大贡献而被誉为“电磁学和电力之父”。为了加深他对静电荷的实验,他在1600年制造了第一台已知的验电器。
第一个验电器称为versorium,是一种由金属针制成的装置,该金属针在底座上自由旋转。
versorium的配置与罗盘针非常相似,但是在这种情况下,该针没有被磁化。针的末端在视觉上彼此区分;此外,针的一端带正电,另一端带负电。
的作用机制基于通过静电感应在针头末端感应的电荷。因此,取决于针的最接近相邻对象的一端,该端的反应将是用针指向或排斥对象。
如果物体带正电,则金属上的负运动电荷将被吸引到物体上,带负电的一端将指向物体,从而在躯体中引起反应。
否则,如果物体带负电,则吸引到物体的磁极将是针的正极。
演化
在1782年中,意大利著名物理学家亚历山德罗·沃尔(Alessandro Volta,1745-1827年)发明了冷凝式电镜,该电镜对于检测当时的电镜无法检测到的电荷具有重要的灵敏度。
但是,电镜的最大进步来自德国数学家和天文学家约翰·戈特利布·弗里德里希·冯·博纳伯格(Johann Gottlieb Friedrich von Bohnenberger,1765-1831)的发明,他发明了金箔电镜。
该验电器的配置与今天已知的结构非常相似:该设备由玻璃罩组成,该罩在顶部具有金属球。
反过来,该球体通过导体连接到两个非常薄的金片上。随着带电体的接近,“金色面包”彼此分离或接合。
它是如何工作的?
验电器是一种用于检测附近物体中静电的设备,它利用了由于静电排斥而使内部薄片分离的现象。
静电可以通过自然电荷或摩擦积累在任何物体的外表面上。
由于电子从高电荷表面转移到低电荷表面,电子显微镜被设计用来检测这些类型电荷的存在。此外,根据薄片的反应,它还可以提供周围物体静电荷大小的概念。
位于验电器的上部的球体充当研究对象的电荷的接收实体。
通过使带电的物体靠近验电器,它将获得与该物体相同的电荷。也就是说,如果我们接近带有正号的带电物体,则验电器将获得相同的电荷。
如果验电器用已知电荷预充电,则会发生以下情况:
-如果身体具有相同的电荷,则验电器内部的金属薄片会彼此分离,因为两者会互相排斥。
-相反,如果物体带有相反的电荷,则瓶底的金属薄片将保持彼此附着。
验电器内部的薄片必须非常轻,以使它们的重量通过静电排斥力的作用得到平衡。因此,通过将研究对象移离验电器,薄片将失去极化,并返回其自然状态(闭合)。
它如何充电?
为了使验电器充满电,必须确定要接近设备的物体的电荷性质。如果事先不知道验电器上的电荷,将无法确定物体上的电荷是等于还是相反。
在给静电笔充电之前,它必须处于中性状态。也就是说,里面有相同数量的质子和电子。因此,建议在充电之前将验电笔接地,以确保设备充电的中性。
可以通过将静电笔接触到金属物体来将其放电,以便后者将静电笔内部的电荷排放到地面。
在测试之前,有两种方法可以为静电笔充电。以下详细介绍了其中每一个的最相关方面。
归纳地
它是要在不建立直接接触的情况下给静电笔充电。也就是说,仅接近其电荷为接收球所知的物体。
通过联系
通过用已知电荷的物体直接接触验电器的接收球。
这是为了什么
验电镜用于确定物体是否带电,并区分其带负电还是带正电。当前,电镜在实验领域中被使用,以示例其用途来检测带电体中的静电荷。
验电器的一些最突出的功能如下:
-检测附近物体上的电荷。如果验电镜对人体的接近有反应,那是因为人体会带电。
-在评估电镜的金属薄片的打开或关闭时,根据电镜的初始电荷,区分带电体所拥有的电荷类型。
-由于静电感应的原理相同,因此在周围有放射性物质的情况下,电镜也可用于测量来自环境的辐射。
-通过在受控电场内评估电镜的充电和放电速度,该设备还可用于测量空气中存在的离子量。
如今,验电镜已在学校和大学的实验室实践中广泛使用,以向各种教育水平的学生展示该设备作为静电电荷检测器的使用。
如何制作自制验电器?
制作自制的验电器很容易。必要的元素很容易获得,并且验电器的组装非常快。
下面列出了通过7个简单的步骤即可制造自制验电器的器皿和材料:
-一个玻璃瓶。它必须干净且非常干燥。
-软木塞以密封瓶子。
-14号铜线。
-钳子。
-剪刀
-贴膜
-规则。
- 一个气球。
-一块呢绒。
处理
第1步
剪断铜线,直到断面比容器的长度长约20厘米。
第2步
卷曲铜线的一端,形成一种螺旋状。这部分将充当静电电荷检测球。
该步骤非常重要,因为由于存在较大的表面积,螺旋线将有利于电子从研究体到验电器的传输。
第三步
用铜线穿过软木塞。确保卷曲部分朝向验电器的顶部。
第4步
在铜线的下端稍微弯曲成L形。
第5步
将两个铝箔切成约3厘米长的三角形。两个三角形相同是很重要的。
确保薄片足够小,以免与瓶子的内壁接触。
第6步
在每个箔的上角都包括一个小孔,并将两块铝片插入铜线的下端。
尝试使箔纸尽可能光滑。如果铝制三角形破裂或起皱过多,最好重复样品直到获得所需的效果。
步骤7
将软木塞小心地放在瓶子的上边缘,以使铝箔不会变质或丢失制成的组件。
密封容器时,两个薄片都必须接触,这一点非常重要。如果不是这种情况,则必须修改铜线的弯曲度,直到两张纸相互接触为止。
测试您的验电笔
为了证明这一点,您可以应用本文前面介绍的理论概念,如下所述:
-确保验电器没有充电:要这样做,请用金属棒触摸它以清除设备上剩余的电荷。
-给物体充电:用羊毛布摩擦气球,使气球表面带静电。
-将带电的物体靠近铜螺旋线:通过这种做法,验电器将通过感应充电,并且来自地球的电子将转移到验电器。
-观察金属板的反应:铝箔三角形将彼此远离,因为两个板共享相同符号的电荷(在这种情况下为负)。
尝试在干燥的日子进行这种测试,因为湿度会影响这种家庭实验,因为湿度会使电子难以从一个表面传递到另一个表面。
参考文献
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