Bacchette ebanite e vetro per elettrizzazione per strofinio su straccio di lana

I corpi, in opportune condizioni, acquistano la proprietà di attirare i corpi leggeri. Così se si strofina una bacchetta di vetro o di ebanite con un panno di lana, si osserva che essa attira pezzettini di carta o palline leggere come quella del pendolino elettrico. Un corpo che ha acquistato la proprietà di attirare corpi leggeri si dice elettrizzato. Due bacchette dello stesso materiale quando vengono elettrizzate per strofinio, si respingono (per verificarlo è sufficiente sospenderne una tramite dei fili e lasciarla libera di muoversi). Bacchette di materiali diversi possono attirarsi o respingersi a seconda della loro natura. Le esperienze dimostrano comunque che vi sono due soli tipi di elettricità: quella acquistata dal vetro e dai materiali che si comportano come il vetro e quella dell’ebanite e dei materiali che si comportano come l’ebanite.

Strumenti vari elettrostatica

Elettroscopi a foglie

L’elettroscopio è uno strumento, inventato nel Settecento, che permette di rivelare la presenza di carica elettrica. L'elettroscopio è costituito da un pomello conduttore collegato a due sottili lamine metalliche chiamate "foglioline" che sono racchiuse in un recipiente di vetro per isolarlo. Avvicinando al pomello metallico un corpo caricato elettricamente, ad esempio una bacchetta di plastica strofinata con un panno di lana, si vedranno le due lamine divergere. La vicinanza del corpo elettricamente scarico produce un fenomeno fisico detto induzione elettrostatica. Le due lamine diventeranno pertanto cariche dello stesso segno e si respingeranno. Allontanando il corpo carico, detto anche corpo induttore, le due lamine tornano ad avvicinarsi. Questo fenomeno può essere ripetuto nel tempo e se si tocca con il dito il pomello le foglioline rimangono cariche e restano separate, se poi si tocca nuovamente si scaricano e ritornano neutre.

Piumetto elettrico elettrizzato

Serve per mostrare la repulsione tra corpi recanti cariche dello stesso segno. E’ costituito di un pennacchietto di striscioline di carta fissato a un manicotto con spina. La carica può essere conferita mediante il generatore a nastro di Van der Graaf.

Arganetto elettrico

Se si collega ad una macchina elettrostaticaa un mulinello con le punte tutte piegate dalla stessa parte, sospeso su un sostegno isolante, si osserva che esso si mette a ruotare in senso opposto a quello in cui sono disposte le punte: all’azione con cui la punta respinge gli ioni con carica omonima, corrisponde una reazione di tali ioni sulla punta, e il mulinello si mette a girare.

Gabbia di Faraday

Sistema costituito da un contenitore in materiale elettricamente conduttore (o cavo conduttore) in grado d'isolare l'ambiente interno da un qualunque campo elettrostatico presente al suo esterno, per quanto intenso questo possa essere. L'elettroscopio a foglie presente al suo interno dimostra che, quando in funzione, non c'è alcuna carica elettrica al suo interno.

Rete di Faraday

Reticella metallica per elettrostatica detta anche “Rete di Faraday”.
La rete può essere messa nelle diverse posizioni ed è collegata ad un polo di una macchina elettrostatica e dunque posta ad un potenziale elettrico di decine di kV. Ogni strisciolina di carta si carica dello stesso segno della rete e pertanto viene respinta con lo stesso processo che avviene in un elettroscopio a foglie; la sua posizione di equilibrio si deve al concorrere delle forze elettriche distribuite lungo la strisciolina e al suo peso.
Quando alla rete si fa assumere la forma cilindrica si nota che le striscioline all`interno restano aderenti alla rete, mentre quelle esterne se ne allontanano, proprio come accadrebbe in una gabbia di Faraday.

Pozzo di Faraday

L'apparecchio è costituito da un contenitore metallico cavo che si appoggia su un supporto isolante.L'apparecchio serve a dimostrare che, caricando un contenitore cavo, la carica si distribuisce sulla parte esterna della superficie, mentre all'interno il campo elettrico si mantiene nullo.
Il pozzo può essere caricato inserendo, anche ripetutamente, una sferetta carica che vada in contatto con la parete interna; ogni volta la sferetta si scarica nel contatto. Se a questo punto si inserisce una sferetta scarica e la si pone in contatto con la parete interna, si può constatare che la sferetta rimane scarica, dimostrando così l'assenza di campo elettrico all'interno del pozzo.

Bicchiere di Faraday

Per lo studio della distribuzione della carica all’interno di un corpo cavo.

Conduttori cilindrici

Coppia di conduttori cilindrici. Costituendo praticamente un conduttore divisibile, questo apparecchio consente di verificare le polarità elettriche nel fenomeno dell’induzione elettrostatica.

Conduttore a punta con cavità

consente di fare esperienze sulla distribuzione della carica nei conduttori isolati. Se si elettrizza un conduttore sferico isolato e lontano da altri conduttori, l’elettricità si distribuisce con uniformità sulla sua superficie esterna. Se si elettrizza un conduttore di forma qualsiasi, l’elettricità non si distribuisce in modo uniforme sulla superficie: la densità superficiale di carica è massima nei punti di massima curvatura e minima in quelli di minima curvatura. Questo può essere verificato con una sferetta metallica munita di manico isolante: si tocca con la sferetta il corpo carico in un punto, asportando così una parte di carica proporzionale alla densità elettrica corrispondente, e si tocca quindi un elettroscopio. Ripetendo l’esperienza in più punti si può verificare, dalla divergenza delle foglie dell’elettroscopio, come varia la densità di carica nei diversi punti. In particolare risulta molto grande la densità di carica sulla punta: sarà quindi molto intenso il campo elettrico in prossimità di essa.

Conduttore sferico su base isolante

Per esperienze sull’elettrizzazione (per contatto e per induzione), sul potenziale e sulla densità di carica dei conduttori.

Apparecchio per la dimostrazione della distribuzione superficiale di carica (emisferi di Cavendish)

Per verificare che la carica elettrica sui conduttori metallici si distribuisce sulla superficie. Mettendola in contatto con gli emisferi, la sfera si scarica completamente.

Scanpanio elettrico

E' un dispositivo il cui funzionamento si basa sull'induzione elettrostatica. Per induzione elettrostatica, ciascuna sferetta si carica negativamente dal lato della campanella esterna e positivamente dal lato della campanella centrale. Le sferette vengono così attirate elettrostaticamente dalle campanelle "positive" (che risultano più vicine rispetto a quella centrale). Al contatto si caricano positivamente e quindi vengono respinte dalle campanelle positive e attirate da quella negativa che, al momento del contatto, si carica acquistando carica negativa. La campana centrale respinge allora le sferette metalliche che risultano nuovamente attirate dalle campanelle positive. Ad ogni urto si genera un tintinnio.

Bilancia di Coulomb storica.

Questo apparecchio serve per la deduzione delle leggi sulle azioni di poli magnetici e di masse elettriche. La cassa cilindrica, completamente di vetro, poggia su di una base circolare di mogano compensato con piedi di ottone con viti calanti. Essa porta a metà altezza una divisione in gradi, Il coperchio è un disco di mogano accuratamente lavorato, che si appoggia semplicemente sulla cassa ed è guidato da tre rulli di ebanite. Nel centro del coperchio si eleva un tubo di vetro che porta superiormente la testa graduata girevole a frizione. L’isolamento della sospensione metallica dell’equipaggio mobile è dato dalla colonna di vetro e da un cilindro di ebanite.

Bilancia di torsione ( di Coulomb)

Verifica sperimentale della legge di Coulomb.

Macchina di Ramsden.

Fu ideata da Jesse Ramsden nel 1766 e fu molto usata nel passato. Rappresenta un tipo assai perfezionato di macchina a strofinio. Tra due coppie di cuscinetti è inserito un disco girevole di fronte al quale sono posti due conduttori metallici sorretti da aste isolanti e terminanti con due rami muniti di punte che abbracciano il disco. Agendo sulla manovella si fa ruotare il disco che, per strofinio, si carica positivamente e elettrizza per induzione i conduttori. La carica positiva rimane sui conduttori e quella negativa, disperdendosi attraverso le punte, neutralizza il disco. Questo, passando attraverso l'altra coppia di cuscinetti, si elettrizza nuovamente così che, mantenendolo in rotazione, i conduttori rimangono elettrizzati positivamente.

Elettroforo di Volta

L'elettroforo, ideato da A. Volta intorno al 1775, rappresenta una prima rudimentale macchina elettrostatica a induzione in grado di accumulare e separare cariche elettriche. È costituito da uno strato di resina contenuta in un piatto metallico, e da un disco metallico dotato di manico isolante (scudo). Lo strato di resina viene caricato negativamente per strofinio con straccio di lana; si pone poi lo scudo a contatto con lo strato di resina. Per induzione lo scudo si carica di segno positivo sulla faccia prospiciente la resina e di segno negativo sulla faccia superiore. Toccando con un dito la faccia superiore, le cariche negative si scaricano a terra e scocca una scintilla. Lo scudo rimane così carico positivamente. Se si solleva lo scudo e si scarica l'elettricità positiva, si può disporre di nuovo lo scudo sullo strato di resina e ripetere le operazioni precedenti senza che la resina debba essere rielettrizzata. Per tale motivo Volta denominò il dispositivo elettroforo perpetuo. Grazie alla sua semplicità costruttiva e di funzionamento, l'elettroforo di Volta ha goduto di grande popolarità ed è stato realizzato in molte versioni.

Macchina di Wimhurst

La macchina di Wimshurst è uno storico generatore elettrostatico per generare alte tensioni, sviluppato nel 1889 dall'inventore britannico James Wimshurst. L'aspetto è particolare ed è caratterizzato da due dischi montati in verticale che ruotano in direzione opposta e due sfere metalliche per la scarica.Produce scariche elettriche di una lunghezza variabile. Si fanno ruotare due dischi di materiale isolante in senso opposto.Sui dischi sono incollati alcuni settori metallici, isolati l’uno dall’altro. I dischi sono posizionati l’uno di fronte all’altro e vengono fatti girare sul loro asse, tramite una manovella, uno in un senso e uno nell’altro.Ad ogni giro un settore metallico subisce le seguenti azioni: si carica di segno positivo, carica negativamente per induzione un settore dell'altro disco, viene neutralizzato da uno dei pettini, si carica di segno negativo, carica positivamente per induzione un settore dell'altro disco, viene neutralizzato dall'altro pettine. Le cariche raccolte dai pettini sono accumulate all'interno di bottiglie di Leida (condensatori). Quando i condensatori hanno accumulato una quantità sufficiente di carica elettrica, l'elevata differenza di potenziale tra i poli della macchina fa scoccare una scintilla. La macchina non ha bisogno di alimentatori elettrici per creare la carica iniziale, ma ha bisogno di lavoro meccanico per far girare i dischi. Quando produce scintille di notevole lunghezza (dell'ordine dei 10-15 cm) diviene un debole emettitore di raggi X.

Macchina di Van der Graaf

Il generatore di Van de Graaff è un generatore elettrostatico in grado di accumulare una notevole quantità di carica elettrica in un conduttore, creando tra questo ed un elettrodo di riferimento, solitamente messo a terra, un'altissima tensione (si può arrivare fino a milioni di Volt). Un generatore di questo tipo è composto sostanzialmente da una cinghia di materiale isolante (caucciù) tesa tra due pulegge e mantenuta in rotazione da un motore. La cinghia viene caricata per induzione da una serie di punte metalliche (potere disperdente delle punte) poste in prossimità di una delle due pulegge e collegate ad un generatore di tensione continua (ad esempio una batteria).Queste cariche vengono poi trasportate, per azione del motore che muove la cinghia, all'interno di un conduttore di forma sferica (o più raramente, a cupola), isolato, dove un secondo pettine metallico collegato elettricamente alla sfera le trasferisce sulla superficie di quest'ultima. Se non si spegne la macchina, il processo si arresta quando la tensione presente nella sfera è sufficiente a produrre scariche elettriche attraverso gli isolanti di sostegno (rottura dielettrica) o attraverso l'aria circostante (ionizzazione dell'aria). Il tipico esperimento è quello di avvicinare al conduttore in tensione un conduttore posto a massa e osservare la scarica che si genera, in modo analogo ai fulmini.

Dielettrici e capacità del condensatore piano

Il condensatore (noto anche come capacitore) è un componente elettrico che immagazzina l'energia in un campo elettrostatico, che crea una differenza di potenziale.

Condensatore piano per esperienze quantitative

Un condensatore piano è un dispositivo costituito da due piastre metalliche parallele, che prendono il nome di armature; esse sono poste ad una certa distanza l’una dall’altra. Per far funzionare l’apparecchio, le lastre vengono caricate con cariche di segno opposto. Caricando una delle armature del condensatore con l’ausilio di una macchina elettrostatica (es: elettroforo di Volta) mentre la seconda è a terra e collegando le armature ad un elettroscopio, si può far notare la variazione di potenziale con la distanza delle armature stesse.

Condensatore a capacità variabile.

Il funzionamento del componente è identico a quello del condensatore fisso, eccetto che la sua capacità può essere variata modificando la superficie delle armature oppure lo spessore del dielettrico. Si tratta, dunque, di un geniale dispositivo meccanico, nel quale il condensatore può modificare le proprietà fisiche agendo, solitamente, su un perno rotativo. E' composto da un insieme di lamine di metallo, in posizione fissa (statore) e un gruppo di lamine mobili (rotore) che hanno la capacità di affacciarsi più o meno nella struttura. Una più alta intersecazione delle lamine corrisponde, proporzionalmente, a una più elevata capacità elettrica del condensatore. Fondamentale nella invenzione della radio.

Elettroscopio condensatore

Lo strumento serve a valutare l’elettrizzazione dei corpi tramite il contatto. Esso fu ideato da A. Volta per rilevare sorgenti di elettricità a basso potenziale che non sarebbero rilevate da un normale elettroscopio a foglie. Per effettuare l’esperimento si collega il piatto superiore a terra e quello inferiore a contatto col conduttore di cui si vuole valutare il potenziale. In questo modo l’apparecchio si sarà caricato, ma non si nota nessuna divergenza delle lamine. Togliendo il disco superiore le lamine divergeranno lentamente perché l’allontanamento dei due dischi (armature del condensatore) fa diminuire la capacità del condensatore: poiché la carica è costante, si esalta la differenza di potenziale rispetto alla terra. (C=Q/V ; V=Q/C)

Elettroscopio condensatore

Dispositivo utilizzato per misurare piccole differenze di potenziale. La custodia metallica cilindrica, con fiancate trasparenti di cui una graduata, è fissata ad un sostegno isolante e porta una presa per la messa a terra. Un'asta con manicotto isolante porta a un'estremità una sfera e all'altra le foglioline. Due piastrine parallele scorrevoli proteggono le foglioline da divergenze eccessive e modificano la sensibilità dell'apparecchio.

Condensatore di Epino da dimostrazione

Con questo condensatore Epino studiò la dipendenza della capacità di un condensatore dal dielettrico interposto. Il condensatore è costituito da due dischi di ottone con cui terminano due aste, sostenute a loro volta da due colonne di ebanite che infine poggiano su un tavolinetto di legno. Una terza colonna si trova al centro del sistema e sostiene una lastra isolante che viene a porsi fra le due armature.

Bottiglie di Leyda: condensatori cilindrici

Una bottiglia di Leida consiste tipicamente in un contenitore di vetro coperto da un rivestimento metallico all'interno e da un altro simile dalla parte esterna. Il rivestimento interno è collegato all'elettrodo di un generatore elettrostatico attraverso un conduttore (un cavo, una catena, ecc.), mentre il vetro funge da dielettrico. Le bottiglie di Leida possiedono una capacità elettrica piuttosto elevata, che unita all'alta rigidità dielettrica e allo spessore del vetro, le rende ideali come condensatori per alta tensione.