Che cos'è un elettroforo?
Un elettroforo è una forma di batteria o generatore di carica elettrica statica primitiva che è stata inizialmente inventata nel 1762 da un fisico svedese, Johan Wilcke, ma la funzione del dispositivo è abbastanza semplice da poter essere realizzata con una varietà di materiali comuni. Il noto personaggio politico e inventore nell'America coloniale, Benjamin Franklin, rese popolare l'idea realizzando uno in legno, zolfo, cera e metallo peltro. Un elettroforo convenzionale è costituito da una piastra isolante, generalmente in resina o plastica di qualche tipo, su cui è posizionata una piastra conduttiva metallica. Al centro della piastra metallica è fissato un altro mezzo isolante come una coppa di plastica che viene utilizzata come maniglia per impedire lo scarico prematuro dell'elettroforo. Le cariche elettriche statiche possono essere estratte dal dispositivo toccando fisicamente la piastra metallica, caricando momentaneamente lampadine o eseguendo altri esperimenti.
Il principio alla base del funzionamento di un elettroforo è quello dell'effetto triboelettrico, altrimenti noto come elettricità statica immagazzinata. La piastra isolante viene inizialmente caricata con una carica elettrica statica prima che un elettroforo venga assemblato sfregandolo contro altri materiali come la lana che indurrà una carica elettrica nella piastra isolante attraverso il processo di induzione elettrostatica. Una volta che la piastra isolante e la piastra conduttrice sono posizionate insieme, la carica statica nell'isolante separa le cariche positive e negative nel conduttore metallico. Le cariche positive nel metallo vengono trascinate verso la piastra isolante e le cariche negative vengono respinte.
La carica negativa indotta nella superficie superiore della piastra metallica può quindi essere scaricata facendo contatto fisico con il metallo, completando un circuito attraverso il corpo umano nel terreno. La carica è spesso abbastanza forte che una scintilla innocua salta dal metallo al dito prima del contatto, oppure i cavi di una piccola lampadina possono essere posizionati tra le due superfici per accenderla temporaneamente mentre la carica si dissipa. Grandi versioni di elettroforo accenderanno anche momentaneamente una lampadina fluorescente a forma di tubo se un'estremità è tenuta in una mano e l'altra è tenuta vicino alla piastra di metallo caricata.
Uno degli aspetti unici di un elettroforo che lo rende una dimostrazione popolare di principi elettrici è che la piastra isolante agisce in modo simile a condensatori o unità di accumulo elettrico più sofisticati nei circuiti elettronici comuni. A differenza dei condensatori tipici, tuttavia, la piastra isolante mantiene una carica che non si esaurisce con il processo di scarica statica nella piastra metallica. Dopo che si è verificata la scarica polarizzata di energia della piastra metallica, se la piastra metallica viene rimossa dalle vicinanze della piastra isolante, quindi posizionata nuovamente su di essa, la separazione della carica nel metallo si ripeterà mentre l'isolante mantiene ancora la sua carica.
Questo processo sembra dimostrare l'idea che l'energia libera provenga dal nulla, poiché la carica statica viene continuamente rinnovata e scaricata, indipendentemente dal numero di volte che la piastra metallica viene rimossa e quindi ricollocata sopra la piastra isolante. In realtà, l'energia viene conservata perché il lavoro di spostare fisicamente la piastra di metallo e quindi sostituirla introduce energia potenziale nel sistema elettroforo, che viene quindi convertito in energia cinetica quando si verifica una scarica o una scintilla. Grandi versioni di elettroforo sono conosciute come generatori di Van de Graaf, che sono in grado di produrre tensioni elettrostatiche nell'intervallo fino a 2.000.000 di volt, come quella creata dal fisico americano Dr. Robert Van de Graaf nei primi anni '30.