Что общего и чем отличаются друг от друга электроскоп и электрометр кратко
Обновлено: 05.07.2024
В основу работы данного прибора положен тот факт, что одноименно заряженные тела отталкиваются.
Устройство электроскопа
Электроскоп, который мы собираемся рассмотреть, состоит из двух золотых листочков внутри корпуса (см. рисунок 1 ниже). Золотые листочки не имеют контакта с корпусом. Они висят на металлическом стержне в центре корпуса. Изолятор обеспечивает изоляцию металлического стержня (а значит, и двух золотых листочков) от корпуса. В этой конструкции оба золотых листочка подвижны.
По отклонению листочков электроскопа можно определить также, увеличился или уменьшился его заряд. Чем больше угол, на который разойдутся листочки электроскопа при его электризации, тем сильнее он наэлектризован. Значит, тем больший электрический заряд на нём находится.
В конструкции, которая очень похожа на эту (рисунок 1 — справа), подвижным является только металлическая стрелка, которая также связана с областью вне корпуса с помощью металлического стержня. Эта конструкция также называется стрелочным электроскопом. Если конструкция также имеет калиброванную шкалу, то весь прибор называется электрометром.
Другими словами, электрометром можно назвать прибор, основной частью которого является легкая металлическая стрелка (чаще всего алюминиевая), которая может вращаться вокруг вертикальной оси. По углу отклонения стрелки электрометра можно судить о величине заряда, переданного стержню электрометра. Проградуированным прибором можно определять значения электрического заряда.
Рис.1. Конструкция электроскопа
Еще одна конструкция электроскопа описана в школьном учебнике по физике за 8 класc [1]:
Электроскоп представляет собой стеклянный баллон, внутри которого сквозь пробку вставлен металлический стержень. К концу стержня прикреплены легкие бумажные листочки. Снаружи к стержню прикреплен металлический шарик. При передаче шарику электроскопа, например, отрицательного заряда мы заряжаем этим зарядом листочки электроскопа. Одноименно заряженные листочки расходятся на некоторый угол, тем больший, чем больше переданный электроскопу заряд.
Как работает электроскоп?
Теперь вы знаете конструкцию электроскопа. Но как именно работает электроскоп? Для этого нам понадобятся знания о электростатической индукции и отталкивании одноименных электрических зарядов. Рассмотрим эти явления ниже.
Электростатическая индукция (электризация через влияние).
Чтобы объяснить суть электростатической индукции, представьте, что перед вами два металлических стержня (см. рисунок 2). Один из двух стержней не заряжен, а другой несет положительный заряд.
Рис. 2. Иллюстрация электростатической индукции (слева) и передачи заряда через контакт (справа)
Закон Кулона.
На данный момент не хватает только ответа на вопрос, почему одноименные заряды отталкиваются друг от друга и как эти два явления (электростатическая индукция и отталкивание одноименных зарядов) объясняют принцип работы электроскопа.
Тот факт, что одноименные заряды отталкивают друг друга, был экспериментальным наблюдением. Шарль Огюстен де Кулон смог вывести математическую зависимость для силы, действующей между двумя зарядами на определенном расстоянии, путем эксперимента с вращающимися весами. Эта математическая зависимость называется законом Кулона (сила называется — силой Кулона). Как формулируется этот закон, — для данной статьи не важно. Важно лишь то, что одноименные заряды отталкиваются друг от друга.
Рис. 3. Иллюстрация электростатического притяжения и отталкивания зарядов
Как это все работает в электроскопе?
Мы выше описали необходимые нам явления. Теперь давайте посмотрим, как они объясняют принцип работы электроскопа.
Теперь возьмите предмет, который вы хотите проверить на наличие электрического заряда. Предположим, что объект электрически заряжен. Вы начинаете приближать его к металлическому стержню. Это приводит к смещению заряда внутри металлического стержня. Электростатическая индукция приводит к тому, что два золотых листочка имеют заряд одного и того же знака.
В результате два листочка отталкиваются друг от друга, и вы, тем самым, успешно демонстрируете электрический заряд. Обратите внимание, что вы знаете только то, что объект электрически заряжен. Однако вы не можете утверждать, является ли он положительно или отрицательно заряженным.
Рис. 4. Как работает электроскоп
Возможно, вам интересно, как можно определить, является ли объект (тело) положительно или отрицательно заряженным. Для этого вы заряжаете электроскоп отрицательно (рисунок 5), например, через контакт, что приводит к некоторому отталкиванию золотых листочков друг от друга. Если теперь вы поднесете предмет близко к металлическому стержню, и золотые листочки будут отталкиваться друг от друга сильнее, то вы узнаете, что предмет заряжен отрицательно. С другой стороны, если отталкивание меньше, то объект заряжен положительно.
Рис. 5. Электроскоп для определения является ли объект положительно или отрицательно заряженным
Действие электрометра основано на отталкивании одноимённо заряженных тел. Если сообщить стержню электрический заряд любого знака — например, коснувшись сферы заряженной палочкой, то часть заряда через металлическую ось перейдёт со стержня на стрелку, вследствие чего стрелка начнёт отталкиваться от стержня и отклонится на некоторый угол.
Типы электроскопов.
Помимо электроскопа с золотыми листочками, существует множество различных конструкций. К ним относятся стрелочный электроскоп, двойной стрелочный электроскоп, электроскоп с фольгой, капиллярный электрометр. Хотя все конструкции звучат по-разному, основные принципы их работы схожи с теми, которые мы объяснили вам в этой статье.
Далеко не всегда можно чётко определить, в чем именно состоит отличие электрометра от электроскопа, в результате, как в литературе, так и в быту порой возникает некая путаница. Давайте попробуем разобраться с данными понятиями и выяснить, что же объединяет, а что отличает друг от друга эти приборы.
Определение
Электрометр — это прибор, который служит для количественного измерения электрического потенциала. Данный прибор оборудован стрелкой индикации. С его помощью измеряют малые напряжения и очень малые токи (вплоть до 10-15А). Современные приборы-электрометры, кроме своих стандартных функций выполняют функции усилителей напряжения.
Электроскоп — это прибор, который служит для обнаружения электрического заряда. С его помощью можно составить только качественную характеристику (наличие или отсутствие напряжения).
Сравнение
Электрометр
Электроскоп
Ещё одно отличие электрометра от электроскопа состоит в наличии у первого шкалы с делениями.
Для измерения заряда используют электроскоп и электрометр. Эти приборы позволяют определить знак заряда, а, так же, оценить величину заряда.
Электроскоп
Электроскоп позволяет обнаружить электрический заряд и оценить его величину приблизительно.
Рис. 1. Электроскоп содержит металлический стержень, к которому с одной стороны прикреплена чаша, а с другой – две полоски бумаги. Некоторые электроскопы снабжены шкалой
Устроен прибор так. Металлический стержень вертикально входит в металлический корпус (рис. 1).
К стержню с одной стороны присоединена чаша, изготовленная из металла. Чаша находится в верхней части стержня, за пределами корпуса электроскопа.
А к другому концу стержня, находящемся внутри корпуса, присоединены две тонкие полоски бумаги.
Между стержнем и корпусом находится пробка из пластмассы. Она не дает заряду со стержня стекать на корпус.
В корпусе с двух сторон присутствуют стеклянные окошки, чтобы можно было наблюдать за поведением бумажных полосок.
Так же, в корпус встроена шкала с делениями. Она помогает оценивать углы, на которые бумажные полоски расходятся.
Некоторые электроскопы имеют боле простую конструкцию (рис. 2). В них стержень с листочками помещается в стеклянную колбу. Шкала в таких простейших приборах не предусмотрена.
Рис. 2. Самодельный электроскоп не содержит шкалы, металлический стержень с полосками бумаги помещен в стеклянную колбу
Как пользоваться электроскопом
Рассмотрим незаряженный электроскоп. Поднесем к его чаше натертый шерстью кусочек эбонита. Листочки при этом разойдутся в стороны (рис. 3). Первоначальное положение листочков обозначено на рисунке пунктирными линиями.
Рис. 3. Когда к чаше незаряженного электроскопа подносят заряженное тело, полоски бумаги расходятся в стороны
Чем больше заряд поднесенного наэлектризованного тела, тем на большие углы расходятся полоски бумаги.
Зарядим теперь электроскоп положительным зарядом. Для этого прикоснемся к его чаше кусочком стекла, натертого о шелк.
Прикоснувшись к чаше электроскопа, можно передать ему заряд. Чем больше заряд, тем сильнее отклоняются листочки.
Поднесем теперь к чаше положительно заряженного прибора тело, имеющее такой же — положительный знак заряда. Прикасаться телом к чаше не будем.
Мы увидим, что листочки разойдутся в стороны еще больше (рис. 4).
Рис. 4. К чаше заряженного (+) электроскопа подносят (+) заряженное тело, полоски отклоняются сильнее
Если же к чаше заряженного прибора поднести заряд противоположного знака, угол между его листочками уменьшится (рис. 5).
Рис. 5. К чаше заряженного (+) электроскопа подносят (-) заряженное тело, полоски сближаются, уменьшая угол отклонения
Зная знак заряда электроскопа, можно определить знак заряда тела.
По углу отклонения бумажных полосок можно судить о том, уменьшился или увеличился заряд электроскопа.
Чем больше угол, тем больше наэлектризован прибор, тем больший заряд находится на нем.
Электрометр
Еще один прибор, с помощью которого можно оценить заряд, называется электрометром.
Его устройство отличается от электроскопа тем, что вместо полосок бумаги содержит легкую металлическую стрелку (рис. 6). Она хорошо сбалансирована и может вращаться, отклоняясь от стержня на различные углы. Ось вращения стрелки проходит через ее центр, а максимальный угол отклонения составляет около 90 градусов.
Когда мы сообщаем электрометру заряд, стрелка от стержня заряжается, отталкивается от него и отклоняется на некоторый угол.
Электрометр обладает несколько большей чувствительностью по сравнению с электроскопом. Во всех конструкциях электрометров обязательно присутствует шкала.
Определения: не всегда бывает ясно, что именно отличает электрометр от
электроскопа, и вследствие этого в литературе существует некоторая
путаница. Для наших целей полезно установить следующие различия:
электроскоп представляет собой электростатический прибор, для работы, с
которым требуется только одна измеряемая разность потенциалов, для работы
электрометров необходимо наличие добавочной разности потенциалов. Примерами
подобных приборов являются обычный электроскоп с золотыми листочками и
квадрантный электрометр (В русской литературе приняты другие определения
для электроскопов и электрометров - первый является индикатором, а второй
измерителем заряда. Указанные ранее признаки относятся к способам включения
электрометра).
Удалив металлический корпус электрометра или заменив его стеклянным колпаком, мы получим простой электроскоп (§ 1). При этом линии электрического поля, исходящие от зарядов, будут, проходя через стекло, оканчиваться на окружающих предметах, и роль корпуса будут играть стены и потолок комнаты, тело экспериментатора и т. п. (рис. 47). В этом случае расположение эквипотенциальных поверхностей вокруг листков, а значит, и электрическое поле будут зависеть от положения этих предметов и при одной и той же разности потенциалов могут быть весьма различными. Отклонение листков будет зависеть от случайного расположения окружающих тел, и поэтому электроскоп не пригоден для точного суждения о разности потенциалов. Жесткий (не меняющий формы) металлический корпус является принципиально необходимой частью электрометра, отличающей его от электроскопа.
Читайте также: