Elektroskop
Elektroskop, bir cisim üzerindeki elektrik yükünün varlığını tespit etmek için kullanılan eski bir bilimsel araçtır. Üzerindeki Coulomb elektrostatik kuvveti nedeniyle bir test nesnesinin hareketiyle yükü tespit eder. Bir nesne üzerindeki yük miktarı, voltajı ile orantılıdır. Bir elektroskopla tespit etmek için yeterli yük birikimi yüzlerce veya binlerce volt gerektirir, bu nedenle elektroskoplar statik elektrik ve elektrostatik makineler gibi yüksek voltaj kaynaklarıyla birlikte kullanılır. Bir elektroskop sadece yük miktarının kabaca bir göstergesini verebilir; elektrik yükünü nicel olarak ölçen bir alete elektrometre denir. ⓘ
Elektroskop ilk elektriksel ölçüm aletidir. İlk elektroskop, 1600 yılı civarında İngiliz doktor William Gilbert tarafından icat edilen (versorium adı verilen) döner bir iğneydi. Pith-ball elektroskop ve altın yapraklı elektroskop, fizik eğitiminde elektrostatik ilkelerini göstermek için hala kullanılan iki klasik elektroskop türüdür. Kuvars fiber radyasyon dozimetresinde de bir tür elektroskop kullanılmaktadır. Elektroskoplar Avusturyalı bilim adamı Victor Hess tarafından kozmik ışınların keşfinde kullanılmıştır. ⓘ
Pith-ball elektroskop
1731'de Stephen Gray, yakındaki herhangi bir yüklü nesneye çekilecek basit bir asılı iplik kullandı. Bu, Gilbert'in 1600 tarihli versorium'unun ilk geliştirilmesiydi. ⓘ
İngiliz okul müdürü ve fizikçi John Canton tarafından 1754 yılında icat edilen pith-ball elektroskop, yalıtılmış bir standın kancasından ipek ya da keten iplikle asılan, aslen pith adı verilen süngerimsi bir bitki malzemesi olan, iletken olmayan hafif bir maddeden bir ya da iki küçük toptan oluşur. Tiberius Cavallo, 1770 yılında gümüş tellerin ucunda özlü toplar bulunan bir elektroskop yapmıştır. Modern elektroskoplarda genellikle plastikten yapılmış bilyeler kullanılır. Bir nesne üzerindeki yükün varlığını test etmek için, nesne yüksüz özlü topa yaklaştırılır. Eğer nesne yüklüyse, top nesneyi çekecek ve ona doğru hareket edecektir. ⓘ
Çekim, öz topun içindeki atomların indüklenmiş kutuplaşması nedeniyle gerçekleşir. Tüm maddeler birbirine yakın konumlanmış elektrik yüklü parçacıklardan oluşur; her atom pozitif yüklü bir çekirdek ile onu çevreleyen negatif yüklü elektron bulutundan oluşur. Öz iletken değildir, bu nedenle topun içindeki elektronlar özün atomlarına bağlıdır ve atomları terk edip topun içinde hareket etmekte serbest değildirler, ancak atomların içinde biraz hareket edebilirler. Sağdaki diyagrama bakınız. Örneğin, pozitif yüklü bir nesne (B) öz topuna (A) yaklaştırılırsa, her atomdaki (sarı ovaller) negatif elektronlar (mavi eksi işaretleri) çekilecek ve atomun nesneye yakın tarafına doğru hafifçe hareket edecektir. Pozitif yüklü çekirdekler (kırmızı artı işaretleri) itilecek ve hafifçe uzaklaşacaktır. Çekirdek topundaki negatif yükler artık nesneye pozitif yüklerden (C) daha yakın olduğundan, bunların çekiciliği pozitif yüklerin iticiliğinden daha büyüktür ve net bir çekici kuvvetle sonuçlanır. Bu yük ayrımı mikroskobiktir, ancak çok fazla atom olduğu için, küçük kuvvetler hafif bir taş topu hareket ettirecek kadar büyük bir kuvvete dönüşür. ⓘ
Özlü top, yüklü bir nesneye dokundurularak yüklenebilir, böylece yüklü nesnenin yüzeyindeki yüklerin bir kısmı topun yüzeyine doğru hareket eder. Daha sonra top, diğer nesneler üzerindeki yükün kutupsallığını ayırt etmek için kullanılabilir, çünkü aynı kutupsallığa veya işarete sahip nesneler tarafından itilecek, ancak zıt kutupsallığa sahip yükleri çekecektir. ⓘ
Genellikle elektroskopta bir çift asılı özlü top bulunur. Bu, bir bakışta özlü topların yüklü olup olmadığını anlamayı sağlar. Özlü toplardan biri yüklü bir nesneye dokundurulup onu şarj ederse, ikincisi de çekilecek ve ona dokunarak yükün bir kısmını ikinci topun yüzeyine iletecektir. Şimdi her iki top da aynı polarite yüküne sahiptir, bu yüzden birbirlerini iterler. Toplar birbirinden ayrılmış olarak ters bir 'V' şeklinde asılı dururlar. Toplar arasındaki mesafe, yükün büyüklüğü hakkında kabaca bir fikir verecektir. ⓘ
Altın yapraklı elektroskop
Altın yapraklı elektroskop, 1787 yılında İngiliz din adamı ve fizikçi Abraham Bennet tarafından, o zamanlar kullanılmakta olan özlü top veya saman bıçağı elektroskoplarından daha hassas bir alet olarak geliştirilmiştir. Genellikle pirinç olan dikey bir metal çubuktan oluşur ve bu çubuğun ucundan iki paralel ince esnek altın varak şeridi sarkar. Çubuğun tepesine, test edilecek yükün uygulandığı bir disk veya bilye terminali takılır. Altın yaprakları hava akımından korumak için, genellikle alt kısmı açık ve iletken bir taban üzerine monte edilmiş cam bir şişe içine konur. Genellikle şişenin içinde altın yaprakların her iki yanında topraklanmış metal plakalar veya folyo şeritler bulunur. Bunlar bir güvenlik önlemidir; narin altın yapraklara aşırı bir yük uygulanırsa, topraklama plakalarına temas edecek ve yırtılmadan önce deşarj olacaklardır. Ayrıca cam duvarlarda biriken havadan sızan yükü yakalayarak aletin hassasiyetini artırırlar. Hassas cihazlarda, terminal üzerindeki yükün havanın iyonlaşması yoluyla sızmasını önlemek için şişenin içi zaman zaman boşaltılırdı. ⓘ
Metal terminale yüklü bir nesne ile dokunulduğunda, altın yapraklar ters bir 'V' şeklinde birbirinden ayrılır. Bunun nedeni, nesneden gelen yükün bir kısmının terminal ve metal çubuk üzerinden yapraklara iletilmesidir. Yapraklar aynı işaret yükünü aldıklarından birbirlerini iterler ve böylece ayrılırlar. Terminal bir parmakla dokunarak topraklanırsa, yük insan vücudundan toprağa aktarılır ve altın yapraklar birbirine yaklaşır. ⓘ
Elektroskop yaprakları, elektrostatik indüksiyon yoluyla, terminale yüklü bir nesne dokundurulmadan da yüklenebilir. Yüklü nesne elektroskop terminaline yaklaştırıldığında, yapraklar birbirinden ayrılır, çünkü nesneden gelen elektrik alanı iletken elektroskop çubuğunda ve yapraklarda bir yük indükler ve yüklü yapraklar birbirini iter. Zıt işaretli yük yakındaki nesneye çekilir ve terminal diskinde toplanırken, aynı işaretli yük nesneden itilir ve yapraklarda toplanır (ancak yalnızca terminalden ayrıldığı kadar), böylece yapraklar birbirini iter. Yüklü nesne yakındayken elektroskop topraklanırsa, anlık olarak bir parmakla dokunulduğunda, itilen aynı işaretli yükler temas yoluyla toprağa gider ve elektroskopu nesneyle zıt işaretli net bir yükle bırakır. Yapraklar başlangıçta serbestçe aşağı sarkar çünkü net yük terminal uçta yoğunlaşmıştır. Yüklü nesne uzaklaştırıldığında, uçtaki yük yapraklara yayılarak tekrar ayrılmalarına neden olur ⓘ
- Altın yapraklı elektroskoplar
Yoğunlaştırmalı elektroskop, Roma Üniversitesi fizik bölümü.
Yaklaşık 1910 yılından kalma, yukarıda tarif edildiği gibi kavanoz içinde topraklama elektrotları bulunan elektroskop
Ev yapımı elektroskop, 1900 ⓘ