Co to jest elektrofor?

Elektrofor jest formą prymitywnego statycznego akumulatora lub generatora ładunków elektrostatycznych, który został pierwotnie wynaleziony w 1762 r. Przez szwedzkiego fizyka Johana Wilcke, jednak funkcja urządzenia jest na tyle podstawowa, że ​​można go wykonać z różnych popularnych materiałów. Znany polityk i wynalazca w kolonialnej Ameryce, Benjamin Franklin, spopularyzował ten pomysł, wykonując go z drewna, siarki, wosku i metalu cynowego. Konwencjonalny elektrofor składa się z płyty izolacyjnej, zwykle wykonanej z żywicy lub tworzywa sztucznego pewnego rodzaju, na której umieszcza się metalową płytkę przewodzącą. Pośrodku metalowej płyty przymocowane jest inne medium izolacyjne, takie jak plastikowy kubek, który służy jako uchwyt zapobiegający przedwczesnemu rozładowaniu elektroforu. Statyczne ładunki elektryczne mogą być pobierane z urządzenia przez fizyczny dotyk metalowej płyty, albo chwilowo ładując żarówki lub w celu przeprowadzenia innych eksperymentów.

Podstawową zasadą działania elektroforusa jest efekt tryboelektryczny, zwany inaczej zmagazynowaną elektrycznością statyczną. Płyta izolacyjna jest najpierw ładowana statycznym ładunkiem elektrycznym przed montażem elektroforu przez ocieranie go o inne materiały, takie jak wełna, które indukują ładunek elektryczny w płycie izolacyjnej w procesie indukcji elektrostatycznej. Po umieszczeniu płyty izolacyjnej i płyty przewodzącej ładunek statyczny w izolatorze oddziela ładunki dodatnie i ujemne w metalowym przewodniku. Ładunki dodatnie w metalu są wyciągane w kierunku płyty izolacyjnej, a ładunki ujemne są odpychane.

Indukowany ładunek ujemny na górnej powierzchni metalowej płyty może być następnie rozładowany poprzez fizyczny kontakt z metalem, uzupełniając obwód przez ludzkie ciało do ziemi. Ładunek jest często na tyle silny, że nieszkodliwa iskra przeskoczy z metalu na palec przed kontaktem, lub przewody małej żarówki można umieścić między dwiema powierzchniami, aby tymczasowo zapalić je, gdy ładunek się rozproszy. Duże wersje elektroforusa również na chwilę zapalą świetlówkę w kształcie tuby, jeśli jeden koniec zostanie przytrzymany w dłoni, a drugi w pobliżu naładowanej metalowej płytki.

Jednym z unikalnych aspektów elektroforu, który sprawia, że ​​jest popularnym przykładem zasad elektrycznych, jest to, że płyta izolacyjna działa podobnie do bardziej wyrafinowanych kondensatorów lub elektrycznych urządzeń magazynujących we wspólnych obwodach elektronicznych. Jednak w przeciwieństwie do typowych kondensatorów płytka izolacyjna utrzymuje ładunek, który nie ulega wyczerpaniu w wyniku wyładowania statycznego w metalowej płytce. Po wystąpieniu spolaryzowanego wyładowania energii przez metalową płytkę, jeśli metalowa płyta zostanie usunięta z sąsiedztwa płyty izolacyjnej, a następnie umieszczona na niej ponownie, rozdział ładunku w metalu powtarza się, gdy izolator nadal utrzymuje swój ładunek.

Wydaje się, że proces ten demonstruje ideę darmowej energii pochodzącej znikąd, ponieważ ładunek statyczny jest stale odnawiany i rozładowywany bez względu na to, ile razy metalowa płytka jest usuwana, a następnie umieszczana z powrotem na płycie izolacyjnej. W rzeczywistości energia jest zachowywana, ponieważ praca fizycznego odsunięcia metalowej płyty, a następnie jej wymiany, wprowadza energię potencjalną do układu elektroforowego, który jest następnie przekształcany w energię kinetyczną, gdy następuje wyładowanie lub iskra. Duże wersje elektroforu są znane jako generatory Van de Graafa, które są w stanie wytwarzać napięcia elektrostatyczne w zakresie do 2 000 000 woltów, takie jak ten stworzony przez samego fizyka z USA dr Roberta Van de Graafa na początku lat 30. XX wieku.