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fisica:strumenti:elettroscopio

LAB2GO Scienza

Elettroscopio

Descrizione

L'elettroscopio è uno strumento che permette di stabilire se un corpo è carico elettricamente, ma, a differenza dell'elettrometro, non permette di quantificare l'entità di tale carica.
Si tratta quindi di un rivelatore di carica.
Il più semplice dei quali, costruito da John Canton nel 1753, consisteva di due palline di sambuco sospesa ognuna ad un filo. L'apparecchio di cui ci occupiamo però è stato ideato dal fisico inglese Abraham Bennet nel 1786 (che secondo qualche storico usò foglie d'oro) e successivamente perfezionato da Alessandro Volta, che per primo usò foglie d'oro e inventò l'elettroscopio condensatore.
Secondo G. Gamow e altri invece, F. Haukesbee inventò l’elettroscopio nel 1705. Un riassunto orientativo si trova all'indirizzo: https://web.archive.org/web/20201116060212/http://www.monci.it/homogubernator/Elettromagnetismo/2E_Elettrometri.htm
L'elettroscopio, nella versione classica, è costituito da un pomello conduttore (a volte da un disco) fisso, collegato a due sottili e leggerissime lamine metalliche chiamate “foglie”, libere di muoversi e racchiuse in un recipiente di vetro per evitare disturbi provocati da eventuali correnti d’aria, che potrebbero mettere in movimento le foglie. Inoltre la presenza di sali dovrebbe mantenere l’interno privo di umidità. Le prime foglioline erano d'oro poichè questo si può ridurre a spessore sottilissimo, ma poi fu usato l'alluminio poichè ha un peso specifico molto minore.
Una variante consiste nell'uso di una sola foglia collegata nella sua parte superiore ad un conduttore fisso.

Funzionamento

Il funzionamento si basa su una delle proprietà fondamentali dell'elettrostatica: corpi dotati di carica elettrica dello stesso segno si respingono, mentre quelli di segno diverso si attraggono.
I segni di carica sono solo due.
Dunque la forza di gravità tende a tenere le foglioline in posizione verticale, ma quando sono cariche dello stesso segno divergono assumendo una nuova posizione di equilibrio. L'angolo formato indica in modo non lineare la quantità di cariche presente su di esse. Più sono cariche e più divergono, poiché il loro peso resta invariato mentre la forza elettrica aumenta.
Avvicinando al pomello metallico un corpo caricato elettricamente negativamente, ad esempio una bacchetta di plastica (meglio dire resina sintetica) [ad es. edistir (PST)] strofinata con un panno di lana, si vedranno le due lamine divergere. La vicinanza del corpo elettricamente carico produce un fenomeno fisico detto induzione elettrostatica. Le due lamine diventeranno pertanto cariche dello stesso segno e si respingeranno.
Allontanando la bacchetta carica le due lamine tornano ad avvicinarsi.
Se si carica una bacchetta di plexiglas (PMMA), sempre strofinandola con un panno di lana, essa diverrà positiva e, se va a toccare il pomello, le cariche positive si diporranno sulle foglioline che divergeranno.
Se poi si allontana la bacchetta le due foglioline resteranno a lungo cariche, convergendo molto lentamente in ambiente secco.

Alcuni esempi di uso didattico

Un suo impiego nella didattica è il riconoscimento del tipo di carica.
Si strofina una bacchetta di plexiglas con un panno di lana asciutto, ottenendo una carica positiva, con questa si tocca poi l’elettrodo dell’elettroscopio e si osserva il divergere delle foglioline.
Se si accosta ora una bacchetta carica dello stesso segno, le foglioline divergeranno ancor di più; mentre se si avvicina un’altra bacchetta carica di segno opposto le foglioline dapprima si avvicineranno per poi divergere di nuovo.
Il diverso comportamento indica che la carica è di segno uguale o di segno opposto a quella dello strumento. Durante le operazioni può accadere che scocchi una piccola scintilla tra la bacchetta e l’elettrodo, falsando la prova. Altri impieghi comuni sono: la dimostrazione dell’induzione elettrostatica con due elettroscopi e un conduttore; l’illustrazione degli effetti della gabbia di Faraday o del pozzo di Faraday-Beccaria o ancora della sfera di Beccaria-Coulomb; l’indicazione dei potenziali nel condensatore di Epino; la distinzione tra materiale conduttore ed isolante osservandone il diverso comportamento; ecc..

Elettroscopio a foglie d'oro. Edificio Marconi, Dip. Fisica La Sapienza. Setreset and Marco Angelucci - Opera propria.
Nell'immagine presa da Wikipedia si vede un elettroscopio condensatore di Exner (proposto nel 1887) per lo studio dell'elttricità atmosferica (https://www.fstfirenze.it/elettrometro-condensatore-di-exner/).
Esso somiglia molto all'elettroscopio di Elster e Geitel (1889) che fu impiegato anche per la rivelazione dei raggi cosmici (vedi https://www.uniud.it/it/ateneo-uniud/ateneo-uniud-organizzazione/dipartimenti/dmif/assets/preprints/6-2011-deangelis).

Tipologie di elettroscopio

Vedi nella sitografia per descrizioni accurate

Elettroscopio di Wulf

Elettroscopio condensatore

Elettroscopio di Kolbe

Esperienze

Esperienze possibili Descrizione
Distribuzione della carica su un conduttoreSi può verificare che le cariche elettriche si distribuiscono sulla superficie esterna di un conduttore carico in equilibrio elettrostatico, che all’interno del conduttore carico il campo elettrico è nullo e che per mezzo di una gabbia metallica si può schermare il campo elettrico.
Elettrizzazione conduttoriQuando un oggetto carico elettricamente si avvicina o trasferisce la carica, per induzione o conduzione quindi, l'intero corpo metallico dello strumento trasferisce la carica alle due lamine che avendo uguale carica elettrica si allontaneranno l‘una dall'altra.
Induzione elettrostaticaAvvicinando un corpo elettricamente carico ad un conduttore neutro, osserviamo che in quest’ultimo sembrano sorgere cariche elettriche dal nulla.
Effetto Fotoelettrico
Esperienza con l'elettroforo di VoltaGenerare una scarica elettrica

Sitografia

Link
Wikipedia Pagine di Wikipedia con illustrazione dello strumento
Museo virtuale Montani Museo Virtuale dell'Istituto Montani di Fermo, con descrizioni ed immagini
YouTube Esperimento con elettroscopio a foglie
YouTube Costruzione dell'elettroscopio a foglie
Liceo Dini Descrizione e funzionamento dello strumento
Costruire un elettroscopio a foglie video lezione
fisica/strumenti/elettroscopio.txt · Ultima modifica: 2023/12/07 18:10 da fabio.panfili