Co je elektroforus?

Elektrofor je forma primitivní statické elektrické nabité baterie nebo generátoru, která byla původně vynalezena v roce 1762 švédským fyzikem Johanem Wilckem, ale funkce zařízení je natolik základní, že může být vyrobena z řady běžných materiálů. Známá politická postava a vynálezce v koloniální Americe Benjamin Franklin tuto myšlenku popularizoval tím, že ji vyrobila ze dřeva, síry, vosku a cínového kovu. Běžný elektrofor sestává z izolační desky, obvykle vyrobené z pryskyřice nebo plastu nějakého typu, na který je umístěna kovově vodivá deska. Ve středu kovové desky je připevněno další izolační médium, například plastový kelímek, který se používá jako držadlo, aby se zabránilo předčasnému vybití elektroforu. Statické elektrické náboje mohou být odebrány ze zařízení fyzickým dotykem na kovovou desku, buď na okamžik nabíjení žárovek, nebo provádět jiné experimenty.

Základním principem fungování elektroforu je princip triboelektrického jevu, jinak známý jako uložená statická elektřina. Izolační deska je nejprve nabita statickým elektrickým nábojem předtím, než je elektroforus sestaven otřením proti jiným materiálům, jako je vlna, která indukuje elektrický náboj v izolační desce procesem elektrostatické indukce. Jakmile jsou izolační deska a vodivá deska umístěny společně, statický náboj v izolátoru odděluje kladné a záporné náboje v kovovém vodiči. Pozitivní náboje v kovu jsou přitahovány směrem k izolační desce a záporné náboje jsou odpuzovány nahoru.

Indukovaný záporný náboj v horním povrchu kovové desky může být poté vybit fyzickým kontaktem s kovem a dokončením obvodu přes lidské tělo do země. Náboj je často dost silný, aby neškodná jiskra vyskočila z kovu na něčí prst před kontaktem, nebo mohou být mezi oba povrchy umístěny vodiče malé žárovky, aby jej dočasně osvětlily, když se náboj rozptýlí. Velké verze elektroforu také na okamžik rozsvítí trubici ve tvaru zářivky, pokud je jeden konec držen v ruce a druhý je držen blízko nabité kovové desky.

Jedním z jedinečných aspektů elektroforu, který z něj dělá populární demonstraci elektrických principů, je to, že izolační deska působí v běžných elektronických obvodech podobně jako sofistikovanější kondenzátory nebo elektrické akumulační jednotky. Na rozdíl od typických kondenzátorů však izolační deska drží náboj, který není vyčerpán procesem statického výboje v kovové desce. Jakmile dojde k polarizovanému výboji energie kovové desky, pokud je kovová deska odstraněna z blízkosti izolační desky, pak ji znovu umístí na vrchol, bude se separace náboje v kovu opakovat, protože izolátor stále drží svůj náboj.

Zdá se, že tento proces demonstruje myšlenku, že volná energie přichází odnikud, protože statický náboj se neustále obnovuje a vybíjí bez ohledu na to, kolikrát je kovová deska odstraněna a poté umístěna zpět na izolační desku. Ve skutečnosti je energie zachována, protože práce fyzického přesunutí kovové desky pryč a její nahrazení zavádí potenciální energii do elektroforického systému, který se poté, když dojde k výboji nebo jiskře, přemění na kinetickou energii. Velké verze elektroforu jsou známé jako generátory Van de Graaf, které jsou schopny produkovat elektrostatická napětí v rozsahu až 2 000 000 voltů, jako je tomu u amerického fyzika Dr. Roberta Van de Graafa na počátku 30. let.