Что такое Электрофор?

Электрофор - это форма примитивного аккумулятора или генератора статического электрического заряда, который был впервые изобретен в 1762 году шведским физиком Йоханом Вилке, однако функция устройства достаточно проста, чтобы его можно было изготовить из различных обычных материалов. Известный политический деятель и изобретатель в колониальной Америке Бенджамин Франклин популяризировал эту идею, изготовив ее из дерева, серы, воска и оловянного металла. Обычный электрофор состоит из изолирующей пластины, обычно сделанной из смолы или пластика какого-либо типа, на которую помещена металлическая проводящая пластина. В центре металлической пластины прикреплен другой изолирующий материал, такой как пластиковый стаканчик, который используется в качестве ручки для предотвращения преждевременного разряда электрофора. Статические электрические заряды могут быть сняты с устройства путем физического прикосновения к металлической пластине, либо для мгновенной зарядки лампочек, либо для проведения других экспериментов.

Основным принципом работы электрофора является принцип трибоэлектрического эффекта, также известный как накопленное статическое электричество. Изоляционная пластина сначала заряжается статическим электрическим зарядом перед сборкой электрофора путем протирания ее по отношению к другим материалам, таким как шерсть, которые будут вызывать электрический заряд в изолирующей пластине в процессе электростатической индукции. Как только изолирующая пластина и проводящая пластина помещены вместе, статический заряд в изоляторе разделяет положительные и отрицательные заряды в металлическом проводнике. Положительные заряды в металле притягиваются к изолирующей пластине, а отрицательные заряды отталкиваются вверх.

Индуцированный отрицательный заряд на верхней поверхности металлической пластины затем может быть разряжен путем физического контакта с металлом, замыкая цепь через тело человека в землю. Заряд часто бывает достаточно сильным, чтобы безвредная искра прыгнула с металла на палец до контакта, или между двумя поверхностями можно поместить провода небольшой лампочки, чтобы временно зажечь ее, когда заряд рассеивается. Большие версии электрофора также на мгновение зажгут люминесцентную лампу в форме трубки, если один конец держится в руке, а другой - близко к заряженной металлической пластине.

Одним из уникальных аспектов электрофора, который делает его популярной демонстрацией электрических принципов, является то, что изолирующая пластина действует аналогично более сложным конденсаторам или электрическим накопителям в обычных электронных схемах. В отличие от обычных конденсаторов, однако, изолирующая пластина удерживает заряд, который не истощается в результате статического разряда в металлической пластине. После того, как произошел поляризованный разряд энергии металлической пластиной, если металлическая пластина удалена из окрестности изолирующей пластины, а затем снова помещена на нее, разделение заряда в металле будет повторяться, поскольку изолятор все еще удерживает свой заряд.

Этот процесс, по-видимому, демонстрирует идею о том, что свободная энергия приходит из ниоткуда, поскольку статический заряд постоянно обновляется и разряжается независимо от того, сколько раз металлическая пластина удаляется и затем помещается обратно на изолирующую пластину. В действительности, энергия сохраняется, потому что работа по физическому удалению металлической пластины и последующей ее замене вводит потенциальную энергию в систему электрофора, которая затем преобразуется в кинетическую энергию, когда происходит разряд или искра. Большие версии электрофора известны как генераторы Ван де Граафа, которые способны генерировать электростатические напряжения в диапазоне до 2 000 000 вольт, такие как созданный самим американским физиком доктором Робертом Ван де Граафом в начале 1930-х годов.