Popis experimentů
|
Klasický elektroskop stéblový nebo lístkový ukazuje přítomnost elektrostatických nábojů výchylkou bez ohledu na znaménko. Kladný a záporný náboj musíme prokázat dodatečným pokusem pomocí zelektrovaného plastu nebo skla. Elektronický elektroskop reaguje na kladný náboj červeným světlem diody LED, na záporný zeleným světlem. |
1.Pokus: odlišení znaménka náboje
 |
Klasický elektroskop ukáže výchylku až při napětí 300 až 400 V, tady stačí malé napětí a pokus může udělat i žák. |
2.Pokus: vznik a přenos elektrostatického náboje
 |
Na povrchu těles
vznikají třením a pouhým těsným dotekem
elektrostatické náboje. Stačí, aby tělesa byla z
různých materiálů a jedno bylo z izolantu. Již při přiblížení skleněné desky svítí červená. Pokud se nedotkneme, po vzdálení desky dioda zhasne. Teprve dotekem desky s hrotem sondy dojde k přenesení náboje a červená svítí déle než dvě minuty, než je náboj samovolně odveden. Tentýž pokus s plastikovým pravítkem ukáže, že plasty třené bavlnou se nabíjejí většinou záporně. Zelektrovat lze velmi dobře i kovové předměty. Opakujte pokus s kuchyňským nožem nebo šroubovákem, který držíte za plastovou část a třete bavlněnou látkou. Svítí zelená - kovy se nabíjejí vesměs záporně. |
| Poznámka: dbejte na uzemnění elektroskopu a volte skutečně bavlněnou látku. Umělá vlákna v látkách mohou dát i opačné výsledky. Experimentátor sám může být nabitým a je nutno se vybít dotekem na vyčnívající uzemněné šroubky elektroskopu a při experimentování neudělat ani krok. Pouhou chůzí se nabijete také. |
3.Pokus: Vedení elektrického náboje vzduchem, ionizace
| Přiblížení plamene k hrotu sondy urychlí vybití. Při teplotách okolo 1000 oC je plyn již ionizován a náboj elektroskopu je rychle neutralizován ionty opačného znaménka. |  |
4.Pokus: náboje vznikají ve dvojicích s opačným znaménkem
Skleněnou desku třeme bavlněnou látkou, pak přiblížíme k sondě sklo - svítí červená, poté látku - svítí zelená.
Poznámka: spokojíme se s indukovaným nábojem na elektroskopu. Dotekem lze dobře přenést náboj ze skla, u bavlny je úspěch sporný. Pokud chceme elektroskop nabít záporným nábojem z bavlny, počkejme, až se převede na ruku experimentátora a dotkneme se sondy prstem.
5.Elektrické pole v blízkosti monitoru počítače nebo před televizní obrazovkou
 |
Katoda obrazovky
televizoru je na přibližně nulovém potenciálu, anoda
má Ua = 18
kV. Luminiscenční vrstva je pro elektrony jen místem
odrazu, její potenciál je mezi nulou a Ua.
Neuzemněný elektroskop přiblížíme sondou k
obrazovce a svítí červená - hrot sondy je v místě s
kladným napětím vůči zemi. Po oddálení sondy dioda
zhasne, šlo jen o indukovaný náboj. Hrotem sondy přejíždíme
po povrchu obrazovky - elektroskop se nabije kladným
nábojem a dioda svítí i po oddálení. K nabití došlo
tak, že z kovového hrotu byly odebrány elektrony,
které jsou nyní na skle obrazovky. Vypnutý televizor má na obrazovce ještě několik hodin po vypnutí elektrické náboje a jsou i na nábytku kolem něj. Přesvědčte se sami. Monitory počítačů pracují s napětím podstatně nižším, asi 8 až 10 kV, elektronický elektroskop i u nich prokáže přítomnost pole. Zbytkové náboje na luminiscenční vrstvě uvnitř obrazovky jsou obvykle záporné. Jde o emitované elektrony, které po vypnutí Ua ještě doletěly na luminofor. |
| Sonda před zhasnutou obrazovkou svítí obvykle zeleně. Pokud svítí červeně, jde o televizor nebo monitor, jehož obrazovka má připojeno anodové napětí déle, než vychladnou katody. |
6.Pokus: nabíjení elektroskopu indukovaným nábojem
 |
A) Připravíme si vodič pro
dočasné spojení sondy elektroskopu se zemí. Přiblížíme
kladně nabitou skleněnou desku, svítí červená. Na
hrotu je indukovaný záporný náboj, na opačné straně
sondy uvnitř elektroskopu kladný indukovaný náboj. B) Spojíme sondu se zemí, kladný náboj je odveden a záporný vázán u hrotu. Dioda zhasne. C) Odpojíme sondu od země, skleněnou desku držíme stále v blízkosti hrotu. Dioda je temná, protože záporný náboj je vázán u hrotu sondy. D) Vzdálíme skleněnou desku. Záporný náboj se rozloží po celé sondě a dioda svítí zeleně. |
7.Pokus: zjištění polarity stejnosměrného zdroje
Jednu svorku neznámého zdroje spojíme na kostru elektroskopu, druhou na vstup. Barva diody ukáže, která svorka je kladná a která záporná. Napětí zdroje musí být alespoň 8 V, pokus se zdaří i s dosti vybitou baterií 9V. Proudové zatížení je prakticky nulové. K propojení svorky zdroje na sondu stačí dotek ruky experimentátora, není třeba použít jiný vodič.
8. Střídavý zdroj má na svorkách napětí s proměnnou polaritou
 |
Vstup elektroskopu spojíme s jednou svorkou síťového transformátoru s malým napětím (do 24 V) . Dioda svítí zdánlivě současně oběma barvami. Po odpojení svítí náhodně buď červeně, nebo zeleně. K odpojení došlo v průběhu kladné nebo záporné půlvlny a poslední náboj na elektroskopu setrvává. |
9. Indukovaný náboj - ukázka se dvěma elektroskopy
 |
Oba elektroskopy spojíme, vybijeme a zapneme. Do blízkosti jednoho vložíme kladně nabitou skleněnou desku. Blízký elektroskop svítí zeleně - je na něm indukován záporný náboj, vzdálený svítí červeně. Spojení zrušíme a kladnou desku odstraníme. Náboje na elektroskopech zůstávají. Oba uchopíme do rukou a vstupy spojíme - obě diody zhasnou. Indukované náboje se právě vyruší. |
10. Přenos náboje po částech
| Konduktor nabijeme zelektrovanou novodurovou tyčí. Elektroskop uzemníme a zkusmou kuličkou se dotýkáme konduktoru a sondy elektroskopu. Dioda LED se postupně rozsvěcuje. |  |
11. Pole v blízkosti přímého nabitého vodič
 |
Mezi Holtzovy svorky napněte drátek o délce asi 1 m. Zelektrovanou skleněnou deskou na něj přeneseme kladný náboj. Elektroskopem sondujte pole ve konstantní vzdálenosti od vodiče. Dioda svítí stále stejně. |
12. Zelektrovanou trubkou z novoduru lze nabít kovové těleso kladně i záporně.
A) Na hranol z pěnového polystyrenu postavte hliníkovou nádobku kalorimetru. Novodurovou trubku zelektrujte bavlněnou látkou a náboj přeneste dotekem na kalorimetr-konduktor. Dotek elektrometru ukáže přítomnost záporného náboje - svítí zelená.
B) Konduktor uzemněte, do jeho blízkosti přibližte zelektrovaný novodur a přerušte spoj na zem. Odložte novodur a elektroskopem se dotkněte konduktoru. Svítí červená.
Pokus prokazuje jev elektrostatické indukce a zde stačí jediný elektroskop.
13. Přenos nábojů na Van de Graafově generátoru a na indukční elektrice Wimshurstově
Pečlivě vybijte Van de Graafův generátor. Pomalu otáčejte kličkou a hrotem sondy snímejte náboj na vzestupné části a pak na sestupné části pásu. Svit diody ukáže, že vzestupná část nese kladné a sestupná záporné náboje.
14. Polarita indukovaného napětí
Cívku 12000 závitů ze soupravy rozkladného transformátoru připojte na elektroskop. Zasunutí permanentního magnetu do cívky rozsvítí na okamžik červené světlo, vysunutí zelené světlo. (Nebo naopak.)
15. Elektrické pole v oblasti bouře
Tento pokus je vhodný pro letní období. Před bouřkou vyjděte na balkón, jednou rukou se přidržte kovové konstrukce zábradlí a elektroskop namiřte k mrakům. Po chvíli se rozsvítí zelené světlo. Až se v mracích nebo v dálce zableskne, všimněte si, jak se na několik sekund rozsvítí červené světlo. Dbejte na svou bezpečnost a až se bouře přiblíží, přestaňte s experimenty !
16. Edisonův pokus
Elektroskop postavte ke stolní lampě tak, aby se hrotem sondy dotýkal žárovky a pak lampu zapněte. Dioda elektroskopu po několika sekundách signalizuje záporný náboj.
Vlákno žárovky emituje elektrony a v záporných půlperiodách síťového napětí jsou elektrony odpuzeny k vnitřnímu povrchu baňky.
Technický popis
Elektroskop je vestavěn do plastové krabice 123x73x50 mm. Nahoře je červená zdířka pro vstup a zelená uzemňovací zdířka. Zem je dále spojena na vystupující hlavičky šroubků, pod tlačítkem na přední stěně a na zadní stěně.. Na čelní stěně je umístěna dvoubarevná dioda LED a dva ovládací prvky: tlačítko RESET a vypínač. Každý stisk tlačítka RESET spojí vstup zesilovače a kondenzátor 100 pF na zem.
Zdrojem jsou dvě baterie 9 V, zapojené uvnitř elektroskopu. Odběr je menší než 2mA. Vypínač odpojuje obě baterie.
Nezapomeňte po odložení elektroskop vypnout !
Funkční schéma:
Ochranný odpor 1 MΩ zajišťuje bezpečnost uživatele a chrání vstup zesilovače.
Výměna baterií:
| Na zadní stěně uvolněte šroub, umístěný uprostřed, podél boční spáry rozevřete krabičku a sejměte zadní stěnu. Baterie opatrně odpojte a nahraďte novou dvojicí. | Pohled zepředu: |
| Kontaktní adresa: Doc. RNDr. Josef Hubeňák, CSc. Univerzita Hradec Králové Pedagogická fakulta, katedra fyziky a informatiky |
Rokitanského 62 500 03 Hradec Králové E-mail: josef.hubenak@uhk.cz |