Électroscope d'histoire, comment ça marche, ce qu'il sert

Un électroscope est un dispositif utilisé pour détecter l'existence de charges électriques dans des objets proches. Il indique également le signe de la charge électrique; c'est-à-dire si c'est une charge négative ou positive. Cet instrument est formé par une tige de métal confinée dans une bouteille en verre.

Cette tige a deux tôles très minces (or ou aluminium) reliées dans sa partie inférieure. À son tour, cette structure est scellée avec un couvercle en matériau isolant et, à l'extrémité supérieure, une petite sphère appelée "collecteur".

En apportant une charge électrique à un objet électroscope peut être témoin de deux types de réactions de lamelles métalliques qui se trouvent à l'extrémité inférieure de la fixation: si les lamelles sont séparées les unes des autres signifie que l'objet a la même charge électrique que l'électroscope.

En revanche, si les lamelles se rejoignent, cela indique que l’objet a une charge électrique opposée à la charge de l’électroscope. La clé est de charger l'électroscope avec une charge électrique de signe connu; ainsi, en jetant, il sera possible de déduire le signe de la charge électrique de l'objet que nous approchons de l'appareil.

Les électroscopes sont extrêmement utiles pour déterminer si un corps est chargé électriquement, en plus de donner des indications sur le signe de la charge et son intensité.

Index

• 1 histoire
  • 1.1 Evolution
• 2 Comment ça marche?
  • 2.1 Comment est-il chargé électriquement?
• 3 À quoi ça sert?
• 4 Comment faire un électroscope à domicile?
  • 4.1 Procédure
  • 4.2 Testez votre électroscope
• 5 références

Histoire

Le électroscope a été inventé par le médecin et physicien anglais William Gilbert, qui a servi en tant que physicien de la monarchie anglaise sous le règne de la reine Elizabeth I.

Gilbert est également connu comme "le père de l'électromagnétisme et de l'électricité" grâce à sa grande contribution à la science au XVIIe siècle. Il construit le premier électroscope connu en 1600, dans le but d'approfondir ses expériences sur les charges électrostatiques.

Le premier électroscope, appelé versorium, était un appareil constitué d'une aiguille en métal qui tournait librement sur un socle.

La configuration du versorium était très semblable à celle d'une aiguille à compas, mais dans ce cas, l'aiguille n'était pas magnétisée. Les extrémités de l'aiguille étaient visuellement différenciées les unes des autres; De plus, une extrémité de l'aiguille avait une charge positive et l'autre une charge négative.

Le mécanisme d'action du versorium était basé sur les charges induites aux extrémités de l'aiguille par induction électrostatique. Ainsi, en fonction de l'extrémité de l'aiguille la plus proche de l'objet environnant, la réaction de cette extrémité serait de pointer ou de repousser l'objet avec l'aiguille.

Si l'objet avait une charge positive, les charges négatives mobiles dans le métal seraient attirés par l'objet, et le point final chargé négativement vers le corps pour induire la réaction dans le versorium.

Sinon, si l'objet avait une charge négative, le pôle attiré par l'objet serait l'extrémité positive de l'aiguille.

Évolution

Au milieu de 1782, le célèbre physicien italien Alessandro Volta (1745-1827) construisit l'électroscope à condensation, qui avait une sensibilité importante pour détecter les charges électriques que les électroscopes ne détectaient pas.

Cependant, la plus grande avance est venu de la main Electroscope mathématicien et astronome allemand Johann Gottlieb Friedrich von Bohnenberger (1765-1831), qui a inventé la feuille d'or électroscope.

Cette configuration est très électroscope ressemble à la structure connue aujourd'hui: le dispositif est composée d'une cloche en verre ayant une sphère métallique à l'extrémité supérieure.

À son tour, cette sphère était reliée par un conducteur à deux feuilles d'or très mince. Les «pains d'or» se sont séparés ou réunis au fur et à mesure qu'un corps chargé électrostatiquement s'est approché.

Comment ça marche?

Un électroscope est un dispositif utilisé pour détecter de l'électricité statique sur des objets proches, en utilisant le phénomène de la séparation de leurs lamelles internes en raison de la répulsion électrostatique.

L'électricité statique peut être accumulée sur la surface externe de tout corps, soit par charge naturelle, soit par frottement.

L'électroscope est conçu pour détecter la présence de ce type de charges, en raison du transfert d'électrons de surfaces fortement chargées vers des surfaces moins chargées électriquement. En outre, en fonction de la réaction des lamelles, il pourrait également donner une idée de l’ampleur de la charge électrostatique de l’objet environnant.

La sphère située dans la partie supérieure de l'électroscope fonctionne comme une entité réceptrice de la charge électrique de l'objet d'étude.

En rapprochant un corps chargé électriquement de l'électroscope, il va acquérir la même charge électrique du corps; c'est-à-dire que si nous apportons un objet chargé électriquement avec un signe positif, l'électroscope acquiert la même charge.

Si l'électroscope est précédemment chargé avec une charge électrique connue, les événements suivants se produiront:

- Si le corps a la même charge, les lamelles métalliques qui se trouvent à l'intérieur de l'électroscope se sépareront l'une de l'autre, car les deux seront repoussées.

- En revanche, si l’objet a une charge opposée, les flocons métalliques au fond de la bouteille resteront joints.

Les lamelles à l'intérieur de l'électroscope doivent être très légères, de sorte que leur poids est compensé par l'action des forces de répulsion électrostatiques. Ainsi, en éloignant l'objet d'étude de l'électroscope, les lamelles perdront leur polarisation et retrouveront leur état naturel (fermé).

Comment est-il chargé électriquement?

Le fait de charger électriquement l'électroscope est nécessaire pour pouvoir déterminer la nature de la charge électrique de l'objet que nous approcherons de l'appareil. Si la charge de l'électroscope n'est pas connue à l'avance, il sera impossible de déterminer si la charge de l'objet est égale ou opposée à cette charge.

Avant de charger l'électroscope, il doit être en état neutre; c'est-à-dire avec un nombre égal de protons et d'électrons dans son intérieur. Pour cette raison, il est conseillé de connecter l'électroscope au sol avant d'effectuer la charge, afin de garantir la neutralité de la charge de l'appareil.

La décharge de l'électroscope peut se faire en la touchant avec un objet métallique, de sorte que celui-ci draine la charge électrique existant à l'intérieur de l'électroscope vers la terre.

On distingue deux modalités pour charger un électroscope avant de le tester. Vous trouverez ci-dessous les aspects les plus pertinents de chacun d’eux.

Par induction

Cela implique de charger l'électroscope sans établir de contact direct avec lui; c'est-à-dire ne s'approcher que d'un objet dont la charge est connue de la sphère réceptrice.

Par contact

En touchant la sphère de réception de l'électroscope directement avec un objet avec une charge connue.

A quoi ça sert?

Les électroscopes sont utilisés pour déterminer si un corps est chargé électriquement et pour déterminer si la charge est négative ou positive. Actuellement, les électroscopes sont utilisés dans le domaine expérimental pour illustrer par leur utilisation la détection de charges électrostatiques dans des corps chargés électriquement.

Certaines des fonctions les plus importantes des électroscopes sont les suivantes:

- Détection des charges électriques dans les objets proches. Si l'électroscope réagit à l'approche d'un corps, c'est que ce dernier est chargé électriquement.

- Discrimination du type de charge électrique que présentent les corps chargés électriquement, lors de l'évaluation de l'ouverture ou de la fermeture des lamelles métalliques de l'électroscope, en fonction de la charge électrique initiale de l'électroscope.

- L'électroscope est également utilisé pour mesurer le rayonnement de l'environnement en cas de présence de matière radioactive, grâce au même principe d'induction électrostatique.

- Ce dispositif peut également être utilisé pour mesurer la quantité d’ions présents dans l’air en évaluant la vitesse de charge et de décharge de l’électroscope dans un champ électrique contrôlé.

Aujourd'hui, les électroscopes sont largement utilisés dans les pratiques de laboratoire dans les écoles et les universités pour démontrer aux étudiants de différents niveaux de formation l'utilisation de cet appareil comme détecteur de charge électrostatique.

Comment faire un électroscope à domicile?

Il est très facile de faire un électroscope fait maison. Les éléments nécessaires sont faciles à acquérir et l'assemblage de l'électroscope est assez rapide.

Vous trouverez ci-dessous les ustensiles et les matériaux nécessaires pour construire un électroscope maison en 7 étapes faciles:

- une bouteille en verre. Il doit être propre et très sec.

- Un bouchon pour fermer hermétiquement la bouteille.

- un fil de cuivre de calibre 14

- une pince

- Des ciseaux.

- Papier d'aluminium.

- Une règle.

- Un globe.

- un tissu de laine.

Procédure

Étape 1

Coupez le fil de cuivre jusqu'à obtenir une section qui dépasse environ 20 centimètres de la longueur du contenant.

Étape 2

Tirez une extrémité du fil de cuivre pour créer une sorte de spirale. Cette partie remplira les fonctions de la sphère de détection de charge électrostatique.

Cette étape est très importante, car la spirale facilitera la transmission des électrons du corps d'étude à l'électroscope, en raison de l'existence d'une plus grande surface.

Étape 3

Il traverse le bouchon avec le fil de cuivre. Assurez-vous que la partie courbée est en haut de l’électroscope.

Étape 4

Faites une légère courbure à l'extrémité inférieure du fil de cuivre, en forme de L.

Étape 5

Couper les deux lamelles en aluminium en forme de triangles d'environ 3 centimètres de base. Il est important que les deux triangles soient identiques.

Assurez-vous que les lamelles sont suffisamment petites pour ne pas entrer en contact avec les parois internes de la bouteille.

Étape 6

Il comprend un petit trou dans le coin supérieur de chaque feuille et insère les deux morceaux d'aluminium dans l'extrémité inférieure du fil de cuivre.

Essayez de garder les feuilles d'aluminium aussi lisse que possible.Si les triangles en aluminium se brisent ou se froissent trop, il est préférable de répéter les échantillons jusqu'à obtenir l'effet désiré.

Étape 7

Placer le bouchon sur le bord supérieur de la bouteille, très soigneusement afin que les lamelles en aluminium ne se détériorent pas ou ne perdent pas l'assemblage réalisé.

Il est extrêmement important que les deux lamelles soient en contact lors du scellement du conteneur. Si ce n'est pas le cas, vous devez modifier la courbure du fil de cuivre jusqu'à ce que les feuilles se touchent.

Testez votre électroscope

Pour le prouver, vous pouvez appliquer les notions théoriques décrites précédemment tout au long de l'article, comme détaillé ci-dessous:

- Assurez-vous que l'électroscope n'est pas chargé: pour ce faire, touchez-le avec une tige métallique pour éliminer toute charge restante dans l'appareil.

- Charge électrique un objet: frottez un ballon contre un tissu de laine pour charger la surface du ballon de charge électrostatique.

- Approche de l'objet chargé à la spirale de cuivre: avec cette pratique l'électroscope sera chargé par induction et les électrons du globe seront transférés à l'électroscope.

- Observez la réaction des lamelles métalliques: les triangles de papier aluminium s’éloigneront les uns des autres, car les deux feuilles partagent une charge du même signe (négative dans ce cas).

Essayez d'effectuer ce type de tests par temps sec, car l'humidité affecte généralement ce type d'expériences à la maison car cela rend difficile le passage des électrons d'une surface à l'autre.

Références

1. Castillo, V. (s.f.). Que sert un électroscope: historique, types, fonctions et parties. Récupéré de: paraquesirve.tv
2. Comment faire un électroscope (s.f.) Récupéré de: en.wikihow.com
3. Comment fonctionne un électroscope (2017). Récupéré de: como-funciona.co
4. Électroscope à pain d'or (s.f.). Récupéré de: museocabrerapinto.es
5. L'électroscope (2010). Récupérée de: radioelectronica.es
6. Wikipedia, l'encyclopédie libre (2018). Électroscope Extrait de: en.wikipedia.org
7. Wikipedia, l'encyclopédie libre (2016). Versorium. Extrait de: en.wikipedia.org