אלקטרוסקופ

כדור הנמשך למקל במערכת האלקטרוסקופ

אלקטרוסקופ הוא מכשיר מדידה הבודק נוכחות מטען חשמלי של גוף ואת גודל המטען (אך לא את סימנו, כלומר אם הוא חיובי או שלילי). בפועל המכשיר מודד את הפוטנציאל החשמלי של הגוף הטעון. את המכשיר המציא הרופא הבריטי ויליאם גילברט בסביבות שנת 1600. ישנם שני סוגים של אלקטרוסקופים קלאסיים: אלקטרוסקופ כדור ואלקטרוסקופ עלי זהב.

אלקטרוסקופ כדור

את אלקטרוסקופ הכדור המציא ג'ון קנטון בשנת 1754. הוא הורכב מכדור קטן מחומר מבודד קל (במקור מעץ ספוגי, pith) שתלוי על חוט.

הבדיקה נעשית באמצעות קירוב הגוף אותו מודדים לכדור. דגם אופייני הוא מקל מבודד ששופשף במשי הגורם לו להיות טעון חיובית. כאשר הכדור זז עקב המשיכה למקל, מדידת הזווית בין החוט למוט אנכי מאפשרת לחשב את מטען המקל.

עקרון הפעולה, כפי שמבינים אותו כיום, הוא היווצרות של פולריזציה (הפרדה של מטענים שליליים וחיוביים) מיקרוסקופית באטומים שמרכיבים את הכדור המבודד. האלקטרונים הטעונים שלילית מתקרבים למקל הטעון חיובית, ונמשכים אליו בכוח חזק יותר מהכוח שבו נדחים גרעיני האטום החיוביים, כך שהכוח השקול מושך את הכדור אל המקל.

אלקטרוסקופ עלי זהב

אלקטרוסקופ עלי זהב הנמצא במחלקה לפיזיקה באוניברסיטת רומא "לה סאפיינצה".

איר של אלקטרוסקופ המדגים השראה אלקטרוסטטית

את אלקטרוסקופ עלי הזהב המציא הפיזיקאי הבריטי אברהם בנט בשנת 1787. המכשיר רגיש יותר במדידותיו מאלקטרוסקופ הכדור. המכשיר בנוי ממוט מתכת (לרוב נחושת) ושתי רצועות מקבילות של עלי זהב. לחלק העליון של מוט המתכת מחובר כדור או דיסקית מחומר מוליך. כמו כן, על מנת להגן על עלי הזהב מפני משבי רוח שעלולים להזיז אותם, המערכת מוכנסת לכלי זכוכית. הבדיקה נעשית על ידי קירוב דגם לקצה העליון. אם הדגם טעון עלי הזהב נדחים זה מזה, ועל פי הזווית הנוצרת ביניהם ניתן לחשב את מטען המקל (אך לא את סימנו).

עקרון הפעולה: כאשר מקרבים את המקל הטעון אל החומר המוליך בקצה העליון של הכלי, אלקטרונים נעים בין עלי הזהב והחומר המוליך בהתאמה כך שנוצר קיטוב מאקרוסקופי ביניהם. עלי הזהב זהים, כך שהמטען והמתח המושרה בהם זהה, ולכן הם דוחים זה את זה. ככל שהמטען עליהם בערכו המוחלט גדול יותר כך הכוח החשמלי גדול יותר והוא מרחיק ביניהם ויוצר זווית גדולה יותר.

דגמים אחרים

לעיתים משתמשים במערכת הניסויית בשני כדורים כאשר תולים אותם מהמתקן העומד במצב של V הפוך, כאשר כדור אחד טוענים במטען כלשהו, מקרבים את הכדור הראשון לכדור השני עד למגע על מנת שיעביר מטען עד למצב של שוויון פוטנציאלים שכתוצאה מכך הופכים להיות בעלי מטענים שווים. במצב כזה שני הכדורים בעלי מטען שווה וקוטביות שווה ולכן ניתן למדוד באופן גס את כמות המטען של הכדורים על פי המרחק ביניהם שנוצר בעקבות כוח הדחייה החשמלי.