Eletroscópio: história, como funciona, para que serve - Ciência - 2023

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UMA eletroscópio É um dispositivo usado para detectar a existência de cargas elétricas em objetos próximos. Também indica o sinal da carga elétrica; isto é, se for uma carga negativa ou positiva. Este instrumento é composto por uma haste de metal confinada em uma garrafa de vidro.

Esta haste possui duas folhas de metal muito finas (ouro ou alumínio) conectadas em sua parte inferior. Por sua vez, essa estrutura é lacrada com uma tampa de material isolante e, na extremidade superior, uma pequena esfera chamada "coletor".

Ao aproximar um objeto eletricamente carregado de um eletroscópio, dois tipos de reações podem ser testemunhados pelas lamelas de metal na extremidade inferior da configuração: se as lamelas estão separadas uma da outra, significa que o objeto tem a mesma carga elétrica do que o eletroscópio.

Por outro lado, se as lamelas se juntam é indicativo de que o objeto possui uma carga elétrica oposta à carga do eletroscópio. A chave é carregar o eletroscópio com uma carga elétrica de sinal conhecido; assim, ao descartar será possível deduzir o sinal da carga elétrica do objeto que trazemos para o dispositivo.

Eletroscópios são extremamente úteis para determinar se um corpo está eletricamente carregado, bem como para dar pistas sobre o sinal e a intensidade da carga.

História

O eletroscópio foi inventado pelo médico e físico inglês William Gilbert, que serviu como físico para a monarquia inglesa durante o reinado da Rainha Elizabeth I.

Gilbert também é conhecido como "o pai do eletromagnetismo e da eletricidade", graças às suas grandes contribuições para a ciência durante o século XVII. Ele construiu o primeiro eletroscópio conhecido em 1600, a fim de aprofundar seus experimentos com cargas eletrostáticas.

O primeiro eletroscópio, chamado de versório, era um dispositivo feito de uma agulha de metal, que girava livremente sobre um pedestal.

A configuração do versório era muito semelhante à de uma agulha de bússola, mas neste caso a agulha não estava magnetizada. As pontas da agulha foram visualmente diferenciadas umas das outras; Além disso, uma extremidade da agulha estava carregada positivamente e a outra negativamente.

O mecanismo de ação do versório foi baseado nas cargas induzidas nas pontas da agulha, por indução eletrostática. Assim, dependendo da ponta da agulha mais próxima do objeto vizinho, a reação dessa ponta seria apontar ou repelir o objeto com a agulha.

Se o objeto fosse carregado positivamente, as cargas negativas em movimento no metal seriam atraídas para o objeto, e a extremidade carregada negativamente apontaria para o corpo, induzindo a reação no versório.

Caso contrário, se o objeto estivesse carregado negativamente, o pólo atraído pelo objeto seria a extremidade positiva da agulha.

Evolução

Em meados de 1782, o proeminente físico italiano Alessandro Volta (1745-1827) construiu o eletroscópio de condensação, que tinha uma sensibilidade importante para detectar cargas elétricas que os eletroscópios da época não detectavam.

No entanto, o maior avanço do eletroscópio veio das mãos do matemático e astrônomo alemão Johann Gottlieb Friedrich von Bohnenberger (1765-1831), que inventou o eletroscópio de folha de ouro.

A configuração deste eletroscópio é muito semelhante à estrutura que se conhece hoje: o dispositivo consistia em um sino de vidro que tinha uma esfera de metal no topo.

Por sua vez, esta esfera foi conectada por meio de um condutor a duas folhas muito finas de ouro. Os "pães de ouro" se separaram ou se juntaram quando um corpo eletrostaticamente carregado se aproximou.

Como funciona?

O eletroscópio é um dispositivo utilizado para detectar eletricidade estática em objetos próximos, aproveitando o fenômeno da separação de suas lamelas internas devido à repulsão eletrostática.

A eletricidade estática pode ser acumulada na superfície externa de qualquer corpo, seja por carga natural ou por fricção.

O eletroscópio é projetado para detectar a presença desses tipos de cargas, devido à transferência de elétrons de superfícies altamente carregadas para superfícies menos eletricamente carregadas. Além disso, dependendo da reação das lamelas, também pode dar uma ideia da magnitude da carga eletrostática do objeto circundante.

A esfera localizada na parte superior do eletroscópio funciona como entidade receptora da carga elétrica do objeto de estudo.

Ao aproximar um corpo eletricamente carregado do eletroscópio, ele adquirirá a mesma carga elétrica do corpo; ou seja, se nos aproximarmos de um objeto eletricamente carregado com um sinal positivo, o eletroscópio adquirirá a mesma carga.

Se o eletroscópio estiver pré-carregado com uma carga elétrica conhecida, acontecerá o seguinte:

- Se o corpo tiver a mesma carga, as lamelas metálicas dentro do eletroscópio se separarão, pois ambas se repelirão.

- Em contrapartida, se o objeto tiver uma carga oposta, as lamelas de metal no fundo da garrafa permanecerão presas uma à outra.

As lamelas dentro do eletroscópio devem ser muito leves, para que seu peso seja equilibrado pela ação das forças de repulsão eletrostática. Assim, ao afastar o objeto de estudo do eletroscópio, as lamelas perderão sua polarização e retornarão ao seu estado natural (fechado).

Como ele é carregado eletricamente?

O fato de carregar o eletroscópio eletricamente é necessário para podermos determinar a natureza da carga elétrica do objeto que iremos aproximar do dispositivo. Se a carga do eletroscópio não for conhecida com antecedência, será impossível determinar se a carga do objeto é igual ou oposta a essa carga.

Antes de carregar o eletroscópio, ele deve estar em estado neutro; ou seja, com o mesmo número de prótons e elétrons dentro. Por esse motivo, sugere-se aterrar o eletroscópio antes do carregamento, para garantir a neutralidade da carga do dispositivo.

O eletroscópio pode ser descarregado tocando-o em um objeto de metal, de forma que este drene a carga elétrica de dentro do eletroscópio para o solo.

Existem duas maneiras de carregar um eletroscópio antes de testá-lo. Os aspectos mais relevantes de cada um deles são detalhados a seguir.

Indutivamente

Trata-se de carregar o eletroscópio sem estabelecer contato direto com ele; isto é, apenas aproximando-se de um objeto cuja carga é conhecida pela esfera receptora.

Por contato

Ao tocar a esfera receptora do eletroscópio diretamente com um objeto com uma carga conhecida.

Para que serve?

Os eletroscópios são usados para determinar se um corpo está eletricamente carregado e para distinguir se ele tem carga negativa ou positiva. Atualmente, eletroscópios são utilizados no campo experimental, para exemplificar com o seu uso a detecção de cargas eletrostáticas em corpos eletricamente carregados.

Algumas das funções mais importantes dos eletroscópios são as seguintes:

- Detecção de cargas elétricas em objetos próximos. Se o eletroscópio reage à aproximação de um corpo, é porque este está eletricamente carregado.

- Discriminação do tipo de carga elétrica possuída por corpos eletricamente carregados, ao avaliar a abertura ou fechamento das lamelas metálicas do eletroscópio, dependendo da carga elétrica inicial do eletroscópio.

- O eletroscópio também é utilizado para medir a radiação do meio ambiente caso haja material radioativo por perto, devido ao mesmo princípio de indução eletrostática.

- Este dispositivo também pode ser usado para medir a quantidade de íons que estão presentes no ar, avaliando a velocidade de carga e descarga do eletroscópio dentro de um campo elétrico controlado.

Hoje os eletroscópios são amplamente utilizados em práticas laboratoriais em escolas e universidades, para demonstrar a alunos de vários níveis educacionais o uso deste dispositivo como detector de carga eletrostática.

Como fazer um eletroscópio caseiro?

É muito fácil fazer um eletroscópio caseiro. Os elementos necessários são fáceis de adquirir e a montagem do eletroscópio é bastante rápida.

Listados abaixo estão os utensílios e materiais necessários para construir um eletroscópio caseiro em 7 etapas fáceis:

- Uma garrafa de vidro. Precisa estar limpo e muito seco.

- Uma rolha para selar hermeticamente a garrafa.

- Um fio de cobre de calibre 14.

- Um alicate.

- Uma tesoura.

- Papel alumínio.

- Uma regra.

- Um globo.

- Um pano de lã.

Processo

Passo 1

Corte o fio de cobre até obter uma seção aproximadamente 20 centímetros maior que o comprimento do recipiente.

Passo 2

Enrole uma das pontas do fio de cobre, formando uma espécie de espiral. Esta parte atuará como a esfera de detecção de carga eletrostática.

Esta etapa é muito importante, pois a espiral facilitará a transmissão dos elétrons do corpo de estudo para o eletroscópio, devido à existência de uma superfície maior.

etapa 3

Passe pela cortiça com o fio de cobre. Certifique-se de que a parte ondulada esteja voltada para o topo do eletroscópio.

Passo 4

Faça uma leve dobra na extremidade inferior do fio de cobre, em forma de L.

Etapa 5

Corte as duas folhas de alumínio em triângulos de aproximadamente 3 centímetros de comprimento. É importante que ambos os triângulos sejam idênticos.

Certifique-se de que as lamelas são pequenas o suficiente para não entrarem em contato com as paredes internas da garrafa.

Etapa 6

Inclua um pequeno orifício no canto superior de cada folha e insira as duas peças de alumínio na extremidade inferior do fio de cobre.

Tente manter as folhas de alumínio o mais lisas possível. Se os triângulos de alumínio quebrarem ou ficarem muito enrugados, é melhor repetir as amostras até que o efeito desejado seja obtido.

Etapa 7

Coloque a rolha na borda superior da garrafa, tomando muito cuidado para que as folhas de alumínio não se deteriorem ou a montagem feita se perca.

É extremamente importante que ambas as lamelas estejam em contato ao selar o recipiente. Caso contrário, será necessário modificar a curvatura do fio de cobre até que as folhas se toquem.

Teste seu eletroscópio

Para comprovar, você pode aplicar as noções teóricas descritas anteriormente ao longo do artigo, conforme detalhado a seguir:

- Certifique-se de que o eletroscópio não esteja carregado: para isso, toque nele com uma haste de metal para erradicar qualquer carga remanescente no dispositivo.

- Carregue eletricamente um objeto: esfregue um balão contra um tecido de lã para carregar a superfície do balão com carga eletrostática.

- Aproxime o objeto carregado da espiral de cobre: com esta prática, o eletroscópio será carregado por indução e os elétrons do globo serão transferidos para o eletroscópio.

- Observe a reação das placas de metal: os triângulos de folha de alumínio irão se afastar um do outro, pois ambas as placas compartilham uma carga de mesmo sinal (negativo neste caso).

Tente fazer esse tipo de teste em dias secos, pois a umidade costuma afetar esse tipo de experimentação doméstica porque dificulta a passagem de elétrons de uma superfície para outra.

Referências

Castillo, V. (s.f.). Para que serve um eletroscópio: história, tipos, funções e peças. Recuperado de: paraquesirve.tv
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