Проект "изготовление электроскопа". электроскоп в домашних условиях инструкция для применения в домашних условиях

Электроскоп

Рис. 1. Электроскоп содержит металлический стержень, к которому с одной стороны прикреплена чаша, а с другой – две полоски бумаги. Некоторые электроскопы снабжены шкалой

Устроен прибор так. Металлический стержень вертикально входит в металлический корпус (рис. 1).

К стержню с одной стороны присоединена чаша, изготовленная из металла. Чаша находится в верхней части стержня, за пределами корпуса электроскопа.

А к другому концу стержня, находящемся внутри корпуса, присоединены две тонкие полоски бумаги.

Между стержнем и корпусом находится пробка из пластмассы. Она не дает заряду со стержня стекать на корпус.

В корпусе с двух сторон присутствуют стеклянные окошки, чтобы можно было наблюдать за поведением бумажных полосок.

Так же, в корпус встроена шкала с делениями. Она помогает оценивать углы, на которые бумажные полоски расходятся.

Некоторые электроскопы имеют боле простую конструкцию (рис. 2). В них стержень с листочками помещается в стеклянную колбу. Шкала в таких простейших приборах не предусмотрена.

Рис. 2. Самодельный электроскоп не содержит шкалы, металлический стержень с полосками бумаги помещен в стеклянную колбу

Как изготовить?

Есть еще один способ изготовления, для которого понадобятся такие материалы, как: фольга, прозрачный сосуд, закрывающийся резиновой пробкой, гвоздь, сверло, фен, расческа, нитроцеллюлозный клей.

Первый шаг — проделать отверстие в резиновой пробке, чтобы гвоздь плотно входил в него.

Второй шаг — вырезать из фольги полоску 6 см в длину и 1 см в ширину. Полученная полоска складывается пополам. На месте сгиба проделывается небольшое отверстие при помощи иголки. После этого фольга надевается на металлический стержень под самую шляпку. Чтобы надежно скрепить два элемента, используется клей.

Третий шаг. Края полоски отгибаются таким образом, чтобы обе они смотрели вниз и были параллельны друг другу

Во время вставки гвоздя в пробку важно следить за тем, чтобы он вышел с другой стороны минимум на 3-5 см. Здесь важно отметить, что края фольги ни в коем случае не должны касаться дна колбы, когда пробка будет вставлена

Четвертый шаг. При помощи фена необходимо изнутри высушить банку. После этого она сразу же закрывается пробкой так, чтобы куски фольги свисали четко вниз.

Электроскоп – это простой прибор, позволяющий выявить электрический заряд и приблизительно определить величину данного заряда. Традиционная структура электроскопа включает в себя обычный металлический стержень, с одной стороны которого закреплён шарик. Снизу к стержню прикрепляются несколько листочков из лёгкого металла. Данный стержень вставлен в стеклянную ёмкость и закреплён в ней с помощью материала, не пропускающего электрические заряды.

Стержень помещён в ёмкость таким образом, что шарик, прикреплённый с одного конца стержня, остаётся снаружи. Принцип действия электроскопа достаточно несложен: стоит только взять тело, заряд которого нужно определить и поднести его к шарику стержня. После прикосновения имеющийся у тела электрический заряд переходит по стержню к листкам лёгкого металла, которые под его воздействием слегка отталкиваются друг от друга. Оценивая угол, который образуется между листками, определяют примерный уровень электрического заряда.

Особенности проверки работоспособности

Чтобы проверить работоспособность, можно использовать теоретические понятия, которые уже были описаны. Для этого необходимо выполнить следующее:

Удостовериться, что электрометр разряжен: для этого нужно коснуться его железным стержнем, чтобы устранить находящийся в приборе заряд.
Далее необходимо зарядить устройство, для этого нужно потереть воздушный шар о кусок шерстяной материи.
Поднесите шарик к медной спирали, так начнет происходить индукционная зарядка.
Смотрите за реакцией треугольников из фольги, они начнут отходить друг от друга, поскольку обе ламели имеют одинаковый заряд.

Не забывайте, что немаловажное значение для проводимости определенных предметов является состояние внешней среды. К примеру, если воздушная влажность увеличивается, то в этом случае некоторые объекты играют роль проводников.. Наглядно продемонстрировать это может молния

Поскольку она, как правило, наблюдается только в то время, когда льет дождь, то есть при повышенной влажности, соответственно, воздух может пропускать электрический заряд, хоть при солнечной погоде этого не происходит. Воздух является проводником только в том случае, если меняется влажность. Если это влияет на измерение, можно попробовать протестировать прибор в сухие дни.

Наглядно продемонстрировать это может молния. Поскольку она, как правило, наблюдается только в то время, когда льет дождь, то есть при повышенной влажности, соответственно, воздух может пропускать электрический заряд, хоть при солнечной погоде этого не происходит. Воздух является проводником только в том случае, если меняется влажность. Если это влияет на измерение, можно попробовать протестировать прибор в сухие дни.

История создания

Впервые доклад об изобретении электроскопа написал физик и врач Вильям Гилберт, работавший в Великобритании при правлении Елизаветы Первой. Этот ученый также является «отцом» электромагнетизма за счет большого вклада в науку в XVII столетии. Он создал первое устройство в 1601 г. для углубления опытов с электричеством.

Первый прибор, который назывался версориум, представлял собой конструкцию, где металлическая иголка свободно вращалась на специальном пьедестале.

Конфигурация этого устройства сильно напоминала обычный компас, однако здесь была не намагниченная игла. Ее концы зрительно отличались между собой. Помимо этого, одно окончание имело отрицательный заряд, а второе — положительный.

Принцип работы был основан на импульсах, которые возникали на концах благодаря электромагнитной индукции. То есть с учетом того, какой стороной иголка располагалась максимально близко к предмету, реакция конца заключалась в том, чтобы отталкиваться или притягиваться к объекту.

В начале 1783 г. знаменитый физик из Италии Алессандро Вольта создал конденсационный электрометр, обладающий повышенной чувствительностью для определения электрозарядов.

Но самых больших успехов добился астроном и математик из Германии Иоганн Готтлиба, он изобрел золотой листовой прибор. Рисунок этого устройства напоминает конструкцию, которая используется в наше время. Оборудование имело стеклянный колокол со стальной сферой сверху. При этом последняя соединялась проводником с двумя тонкими золотыми листами. Пластины соединялись или расходились с учетом приближения электрического заряженного предмета.

Сборка из подручных материалов

Изобрести нового типа устройство, способное выполнять накопление зарядов, довольно сложно. Но вот повторить самостоятельно конструкцию простого электроскопа, пожалуй, будет по силам каждому заинтересованному. Собрать измеритель можно из подручных материалов, которые наверняка можно найти дома.

Для самостоятельного конструирования понадобится:

железная проволока (лучше из меди);
фольга;
ножницы;
шило;
пластилин;
банка с крышкой.

Итак, с помощью шила необходимо выполнить отверстие в крышке диаметр, которого будет совпадать с толщиной проволоки. Затем продеть её через неё проводник. Длина просунутой проволоки должна быть такой, чтобы она не доставала до дна ёмкости. Оптимальное расстояние до низа банки — пять сантиметров. На конце проволоки необходимо сделать крючок.

Теперь с помощью ножниц из фольги нужно вырезать две тонкие полоски длиной два сантиметра. Их назначение будет как раз и заключаться в собирании зарядов. Две полоски последовательно нужно нанизать на крючок. Банку закрыть крышкой, а отверстие возле проволоки загерметизировать пластилином. Устройство практически готово. Останется из фольги скрутить шар и надеть его сверху на выглядывающий конец проводника. Теперь можно переходить к испытанию прибора.

Действие такого электрометра, а называться это самостоятельно собранное устройство будет именно так, основано на природном явлении. Продемонстрировать его можно следующим образом. Взять эбонитовую палочку и потереть её об кусочек материи или, например, расчёску о волосы. Затем дотронуться до шара. Заряды с наэлектризованного тела перейдут на проводник (проволоку). До этого момента стержень был электрически нейтральным. Но теперь заряды группируются по знаку, а проволока заряжается положительно или отрицательно. Такой же знак получает фольга. Из-за того, что две полоски будут иметь однотипный заряд, они оттолкнутся друг от друга.

Как сделать самодельный электроскоп?

Это очень легко сделать самодельный электроскоп. Необходимые элементы легко приобрести, а сборка электроскопа происходит довольно быстро.

Ниже перечислены принадлежности и материалы, необходимые для создания самодельного электроскопа за 7 простых шагов:

— Стеклянная бутылка Это должно быть чисто и очень сухо.

— Пробка для герметичного закрытия бутылки.

— Медный провод 14 калибра.

— Плоскогубцы.

— Ножницы.

— Алюминиевая фольга.

— Правило.

— Воздушный шар.

— Шерстяное полотно.

процесс

Шаг 2

Согните один конец медного провода, создавая вид спирали. Эта часть будет выполнять функции сферы восприятия электростатического заряда.

Этот шаг очень важен, так как спираль будет способствовать передаче электронов от исследуемого тела к электроскопу из-за существования большей площади поверхности.

Шаг 5

Разрежьте две алюминиевые ламели в форме треугольников примерно на 3 сантиметра в основании

Важно, чтобы оба треугольника были идентичны

Убедитесь, что ламели достаточно малы, чтобы не соприкасаться с внутренними стенками бутылки..

Шаг 6

Он включает небольшое отверстие в верхнем углу каждой фольги и вставляет оба куска алюминия в нижний конец медной проволоки.

Постарайтесь, чтобы скольжение алюминиевой фольги было как можно более гладким. Если алюминиевые треугольники слишком сильно ломаются или сжимаются, лучше повторять образцы до получения желаемого эффекта.

Шаг 7

Поместите пробку на верхний край бутылки, очень осторожно, чтобы алюминиевые ламели не испортились и не потеряли выполненную сборку.

Чрезвычайно важно, чтобы обе ламели были в контакте при герметизации контейнера. Если это не так, то вы должны изменить изгиб медного провода, пока листы не коснутся друг друга

Проверь свой электроскоп

Чтобы доказать это, вы можете применить теоретические понятия, ранее описанные в статье, как описано ниже:

— Убедитесь, что электроскоп не заряжен: для этого прикоснитесь к нему металлическим стержнем, чтобы устранить оставшийся заряд в устройстве..

— Электрически заряжает объект: трёт воздушный шарик о шерстяную ткань, чтобы загрузить поверхность баллона с электростатическим зарядом..

— Подойдите к объекту, заряженному к медной спирали: с этой практикой электроскоп будет заряжаться по индукции, а электроны земного шара будут переноситься в электроскоп.

— Наблюдайте за реакцией металлических пластин: треугольники из алюминиевой фольги будут отходить друг от друга, так как оба листа имеют заряд одного знака (в данном случае отрицательный).

Попробуйте выполнить этот тип тестов в сухие дни, так как влажность обычно влияет на этот тип домашних экспериментов, потому что это затрудняет переход электронов с одной поверхности на другую.

Общие сведения

Электроскоп нужен, чтобы измерять электрические заряды в рядом находящихся предметах. А также его использование позволяет определить полярность: положительная или отрицательная. Схема физического устройства проста, прибор состоит из металлического стержня, который заключен в стеклянную колбу.

На окончаниях находятся две тонкие алюминиевые или золотые пластины, снизу они соединяются. При этом конструкция закрывается изоляционной крышкой, а сверху торца находится специальная сфера, которая называется «коллектор».

Во время приближения электрически заряженного предмета к электроскопу находящиеся снизу устройства ламели имеют две реакции:

Если ламели отдаляются, это обозначает, что тело имеет такой же заряд, как электрометр.
Если они соединяются, это обозначает, что предмет имеет противоположный заряд.

Теоретические сведения

Электрическим зарядом называется способность тел создавать электромагнитное поле. В физике раздел электростатики изучает взаимодействия неподвижных относительно выбранной инерциальной системы отчета зарядов.

В чем измеряется

Единица измерения в системе СИ называется «Кулон» – это электрический заряд, проходящий через сечение проводника 1 Ампер за 1 секунду.

Буквенное обозначение – Q или q. Может принимать как положительные, так и отрицательные значения. Название носит в честь физика Шарля Кулона, он вывел формулу для нахождения сил взаимодействия между ними, она называется «Закон Кулона»:

В ней q1, q2 – модули зарядов, r – расстояние между ними, k – коэф-т пропорциональности.

Формула похожа на закон притяжения, в принципе она и описывает подобное взаимодействие. Он имеет наименьшую массу. Его электрический заряд отрицателен и он равен:

-1.6*10^(-19) Кл

Позитрон – это противоположная величина электрону, также состоит из одного положительного элементарного заряда.

Кроме того, что он дискретен, квантуется или измеряется порциями, для него еще и справедлив Закон сохранения зарядов, который говорит о том, что в замкнутой системе могут возникать только одновременно заряды обоих знаков. Простым языком – алгебраическая (с учетом знаков) сумма зарядов частиц и тел, в замкнутой (изолированной) системе всегда остается неизменной. Он не изменяется со временем или при движении частицы, он постоянен в течение её времени жизни. Простейшие заряженные частицы условно сравнивают с электрическими зарядами.

Закон сохранения электрических зарядов впервые подтвердил Майкл Фарадей в 1843 году. Это один из фундаментальных законов физики.

Проводники, полупроводники и диэлектрики

В проводниках есть много свободных зарядов. Они свободно перемещаются по всему объему тела. В полупроводниках свободных носителей почти нет, но если передать телу небольшую энергию они образуются, в результате чего тело начинает проводить электрический ток, т.е. электрические заряды начинают движение. Диэлектриками называют вещества, где число свободных носителей минимально, поэтому ток через них протекать не может или может при определенных условиях, например, очень высокое напряжение.

Как это работает?

Электроскоп — это устройство, используемое для обнаружения статического электричества в близлежащих объектах, использующее явление разделения их внутренних пластин из-за электростатического отталкивания..

Статическое электричество может накапливаться на внешней поверхности любого тела путем естественной нагрузки или трения..

Электроскоп предназначен для обнаружения наличия этого типа зарядов, благодаря переносу электронов с сильно заряженных поверхностей на менее электрически заряженные поверхности. Кроме того, в зависимости от реакции ламелей это также может дать представление о величине электростатического заряда окружающего объекта..

Сфера, расположенная в верхней части электроскопа, служит приемником электрического заряда объекта исследования..

Приближая электрически заряженное тело ближе к электроскопу, оно будет получать тот же электрический заряд от тела; то есть, если мы подойдем к электрически заряженному объекту с положительным знаком, электроскоп получит тот же заряд.

Если электроскоп ранее был заряжен известным электрическим зарядом, произойдет следующее:

— Если тело имеет одинаковую нагрузку, металлические пластинки, которые находятся внутри электроскопа, отделятся друг от друга, так как оба будут отталкивать.

— Напротив, если предмет имеет противоположный заряд, металлические хлопья на дне бутылки останутся прикрепленными друг к другу..

Ламели внутри электроскопа должны быть очень легкими, чтобы их вес был сбалансирован действием электростатических сил отталкивания. Таким образом, отодвигая объект исследования от электроскопа, ламели теряют поляризацию и возвращаются в свое естественное состояние (закрыто)..

Как это электрически заряжено?

Факт зарядки электроскопа электрически необходим для того, чтобы можно было определить природу электрического заряда объекта, к которому мы подойдем к устройству. Если заряд электроскопа не известен заранее, будет невозможно определить, является ли нагрузка объекта такой же или противоположной нагрузке..

Перед зарядкой электроскопа он должен быть в нейтральном состоянии; то есть с равным количеством протонов и электронов внутри. По этой причине рекомендуется подключать электроскоп к земле перед выполнением зарядки, чтобы обеспечить нейтральность нагрузки устройства..

Разряд электроскопа можно осуществить, касаясь его металлическим предметом, так что последний разряжает электрический заряд, существующий внутри электроскопа, на землю..

Есть два способа зарядки электроскопа перед его испытанием. Ниже приведены наиболее важные аспекты каждого из этих.

По индукции

Он включает в себя зарядку электроскопа без установления прямого контакта с ним; то есть только при приближении к объекту, нагрузка которого известна принимающей сфере.

Инструкция для применения в домашних условиях

В крышке банки проделайте маленькое отверстие, чтобы можно было пропихнуть в него проволоку или гвоздь.
Нижнюю часть гвоздя или проволоки загните крючком и просуньте в отверстие.
На загнутом конце проволоки закрепите полоску папирусной бумаги или фольги.
Чтобы повысить емкость прибора, верхнюю часть гвоздя или проволоки нужно свернуть спиралью, или надеть на нее пластиковый шарик обернутый фольгой.
Банк закройте крышкой и ваш собственный электроскоп, сделанный своими руками, готов к использованию.

Чтобы узнать работает ли наш прибор, необходимо к медной проволоке поднести наэлектризованный предмет, к примеру, расческу, в это время должны будут приподняться лепестки фольги. Чем больше заряд, чем сильнее они оттолкнуться друг от друга. Также можете прикоснуться пальцем, лепестки также должны чуть-чуть отталкиваться, поскольку через нас протекает электрический заряд.

МКОУ Каратабанская СОШ

Проект

«Изготовление электроскопа»

Руководитель:

Беспалова Т.М

Выполнила:

Учащаяся 5 класса

Ярушина Марина

1.Сведение о приборе. Составление плана реализации проекта
.

Электроскоп
– прибор позволяющий определить наличие электрического заряда, даже самого маленького.

Принцип действия.В основе работы электроскопа лежит закон о том, что одноименно заряженные тела взаимно отталкиваются друг от друга. В электроскопе этими телами являются лепестки фольги или бумаги.

Изготовить электроскоп в домашних условиях проще простого, для этого понадобится:

стеклянная банка
гвоздь
фольга
нитки

В пластиковой крышке банки проделываем отверстие по центру для гвоздя.Вставляем гвоздь в крышку и нитками приматываем к нему лепестки фольги. Закрываем этой крышкой банку и прибор готов.

Для проверки работоспособности прибора, поднесите к шляпке гвоздя наэлектризованную расческу, лепестки должны приподняться. Чем больше заряд, тем дальше лепестки будут находиться друг от друга. Так же можно коснуться гвоздя пальцем, т.к. в нас протекают эл. разряды, то лепестки тоже немного оттолкнутся друг от друга.

2. Реализация плана

Оборудование: проволока, крышка, булавки и банка

Берем прозрачную стеклянную банку с пластмассовой крышкой и делаем в крышке маленькое отверстие.

Возьмем медную проволоку и для увеличения емкости электроскопа наружный конец проволоки сворачиваем улиткой.

В отверстие крышки вставляем толстую проволоку.

Кончик проволоки загибаем и присоединяем к нему булавки.

Электроскоп – это специальный прибор для обнаружения электрического заряда. Его принцип работы основывается на том факте, что на одноименно заряженные тела действуют взаимные силы отталкивания. Его часто используют учителя физики, чтобы показать различные опыты при изучении раздела «электричество». В домашних условиях можно повторить принцип работы элекроскопа, воссоздав его простейшую конструкцию.

Общие сведения о приборе

В быту довольно часто можно столкнуться с таким явлением, как наэлектризованность. Она возникает в результате определённых действий с двумя разнородными предметами. Это может быть трение, придавливание, наматывание, раскалывание. В результате таких действий, с физической точки зрения, происходит нарушение внутриатомного равенства из-за перераспределения отрицательно заряженных частиц — электронов.

Изучением распределения электрических зарядов занимается электростатика. Считается, что первым обнаружил способность веществ взаимодействовать между собой после трения Фалес Милетский. Он выяснил, что если потереть шерсть о янтарь, то последний начинает притягивать к себе различные малые тела, например, кусочки бумаги, пылинки. Природу явления на то время греческий философ объяснить не смог.

В 1600 году Уильям Гилберт занялся изучением этого явления и ввёл понятие «электричество». А через 63 года Отто фон Герике создал устройство, с помощью которого обнаружил, что тела могут не только притягиваться, но и отталкиваться. Дальнейшие опыты подтвердили его эксперимент. Так, в 1733 году Дюфе разделил электричество на два типа:

стеклянное;
смоляное.

Прибор, позволяющий не только наблюдать взаимодействие элементарных частиц, но и оценить их значение, сконструировал французский инженер Шарль Кулон. Его измеритель, собранный в 1784 году, был довольно чувствительным и получил название «крутильные весы». Конструкция устройства состояла из изолируемого стержня, подвешенного на упругой нити в прозрачной закрытой ёмкости. По диаметру колбы была нанесена шкала, а нить закреплялась к сфере. Поднося к шару различные наэлектризованные предметы, инженер определял, на какую величину отклоняется стержень.

Весы Кулона в дальнейшем были усовершенствованы. Вместо них, сегодня используют точные электронные устройства с логическими микросхемами. Но перед их изобретением появились такие приборы, как электроскоп и электромер. Это довольно простые устройства, используемые чаще всего в учебных заведениях при объяснении взаимодействия зарядов.

Чтобы собрать электроскоп, нам необходимы такие компоненты:

Неокрашенный сосуд из стекла (банка) и крышка, сделанная из пластика, немного проволоки или гвоздь и фольга
Руководство по эксплуатации

Сначала необходимо в крышке банки пробить отверстие небольших размером для проволоки или гвоздя, чтобы их туда вставит. Перед тем как вставить в отверстие крышки проволоку или гвоздь, необходимо согнуть их нижнюю часть в виде крючка. Затем установить полоску бумаги или фольги на конце крючка.

Чтобы увеличить емкость электроскопа, есть два способа. Первый способ: необходимо из верхней части гвоздя или проволоки сделать спиральку, а второй – надеть шарик из пластика, покрытый в фольгу. Теперь закройте банку крышкой и самодельный электроскоп готов к эксплуатации.

Чтобы проверить работоспособность вашего электроскопа, вам необходимо прикоснутся наэлектризованным предметом до проволоки, при этом полоски фольги приподнимутся. Чем больше заряд наэлектризованного предмета, тем больше они отталкиваются один от другого. Как мы знаем, у каждого человека есть собственный электрический заряд, при прикосновении лепестки немного оттолкнуться.