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Articulo de referencia

Electroscopio

El verso de Gilbert El electroscopio es un instrumento científico antiguo que se utiliza para detectar la presencia de carga eléctrica en un cuerpo. La detecta mediante el movim...

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El verso de Gilbert

El electroscopio es un instrumento científico antiguo que se utiliza para detectar la presencia de carga eléctrica en un cuerpo. La detecta mediante el movimiento de una carga de prueba debido a la fuerza electrostática de Coulomb . La cantidad de carga en un objeto es proporcional a su voltaje . Para acumular suficiente carga como para detectarla con un electroscopio se requieren cientos o miles de voltios, por lo que los electroscopios se utilizan con fuentes de alto voltaje, como la electricidad estática y las máquinas electrostáticas . Un electroscopio solo puede dar una indicación aproximada de la cantidad de carga; un instrumento que mide la carga eléctrica cuantitativamente se llama electrómetro .

El electroscopio fue el primer instrumento de medición eléctrica . El primer electroscopio fue una aguja pivotante (llamada versorium ), inventada por el médico británico William Gilbert alrededor de 1600. [ 1 ] [ 2 ] El electroscopio de bola de médula y el electroscopio de lámina de oro son dos tipos clásicos de electroscopio [ 2 ] que todavía se utilizan en la enseñanza de la física para demostrar los principios de la electrostática . Un tipo de electroscopio también se utiliza en el dosímetro de radiación de fibra de cuarzo . El científico austriaco Victor Hess utilizó electroscopios en el descubrimiento de los rayos cósmicos .

Electroscopio de bola de médula

Electroscopio de bola de médula de la década de 1870, que muestra la atracción hacia un objeto cargado.
Cómo funciona

En 1731, Stephen Gray utilizó un sencillo hilo colgante que era atraído por cualquier objeto cargado cercano. Esta fue la primera mejora del versorio de Gilbert de 1600. [ 3 ]

El electroscopio de médula, inventado por el maestro de escuela y físico británico John Canton en 1754, consiste en una o dos pequeñas bolas de una sustancia ligera no conductora, originalmente un material vegetal esponjoso llamado médula , [ 4 ] suspendidas por hilo de seda o lino del gancho de un soporte aislado . [ 5 ] Tiberius Cavallo construyó un electroscopio en 1770 con bolas de médula en el extremo de alambres de plata. [ 3 ] Los electroscopios modernos suelen usar bolas de plástico. Para comprobar la presencia de una carga en un objeto, este se acerca a la bola de médula sin carga. Si el objeto está cargado, la bola será atraída hacia él y se moverá en su dirección.

La atracción se produce debido a la polarización inducida [ 6 ] de los átomos dentro de la bola de médula. [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] Toda la materia consiste en partículas cargadas eléctricamente ubicadas muy cerca unas de otras; cada átomo consta de un núcleo cargado positivamente con una nube de electrones cargados negativamente que lo rodean. La médula es un aislante , por lo que los electrones en la bola están ligados a los átomos de la médula y no son libres de abandonar los átomos y moverse dentro de la bola, pero pueden moverse un poco dentro de los átomos. Véase el diagrama. Si, por ejemplo, un objeto cargado positivamente (B) se acerca a la bola de médula (A) , los electrones negativos (signos menos azules) en cada átomo (óvalos amarillos) serán atraídos y se moverán ligeramente hacia el lado del átomo más cercano al objeto. Los núcleos cargados positivamente (signos más rojos) serán repelidos y se alejarán ligeramente. Dado que las cargas negativas en la bola de médula están ahora más cerca del objeto que las cargas positivas (C) , su atracción es mayor que la repulsión de las cargas positivas, lo que resulta en una fuerza atractiva neta. [ 7 ] Esta separación de carga es microscópica, pero debido a la gran cantidad de átomos, las diminutas fuerzas se suman para formar una fuerza lo suficientemente grande como para mover una bola de médula ligera.

Si el objeto externo (B) tiene carga negativa, los núcleos positivos de cada átomo serán atraídos hacia él, mientras que los electrones serán repelidos. Esto provoca que las cargas opuestas se acerquen más al objeto externo que las cargas de la misma polaridad, lo que resulta en una fuerza de atracción neta.

La bola de médula se puede cargar al tocarla con un objeto cargado, de modo que parte de la carga de la superficie del objeto se transfiere a la superficie de la bola. Posteriormente, la bola se puede usar para distinguir la polaridad de la carga en otros objetos, ya que será repelida por objetos cargados con la misma polaridad o signo que ella, pero atraída por cargas de polaridad opuesta.

A menudo, el electroscopio incluye un par de bolitas de médula suspendidas. Esto permite comprobar de un vistazo si las bolitas están cargadas. Si una de ellas toca un objeto cargado, la segunda bolita se sentirá atraída y lo tocará, transfiriéndole parte de la carga a su superficie. Ahora ambas bolitas tienen la misma polaridad, por lo que se repelen. Cuelga formando una V invertida, con las bolitas separadas. La distancia entre ellas proporciona una idea aproximada de la magnitud de la carga.

Electroscopio de láminas de oro

Electroscopio de pan de oro que muestra inducción electrostática
Se utiliza un electroscopio para demostrar la inducción electrostática. Cuando una varilla resinosa cargada (-) toca el terminal superior de la bola, los electrones se conducen a través del poste hasta la aguja; por lo tanto, el poste repele la aguja, haciéndola girar en sentido contrario a las agujas del reloj. Las varillas cargadas cerca del terminal persiguen cargas del mismo signo desde la bola hacia el poste y la aguja, o a través del demostrador hasta tierra. Al retirar la varilla cargada, las cargas se dispersan desde la aguja y el poste hacia la bola; por lo tanto, la aguja y el poste tienen menos carga que antes, y la aguja se desvía menos que después de la carga por contacto.

El electroscopio de láminas de oro fue desarrollado en 1787 por el clérigo y físico británico Abraham Bennet , [ 4 ] como un instrumento más sensible que los electroscopios de bola de médula o de hoja de paja que se usaban entonces. [ 11 ] Consiste en una varilla metálica vertical , generalmente de latón , de cuyo extremo cuelgan dos tiras paralelas de finas láminas de oro flexibles . Un terminal de disco o bola está unido a la parte superior de la varilla, donde se aplica la carga que se va a medir. [ 11 ] Para proteger las láminas de oro de las corrientes de aire, se colocan dentro de una botella de vidrio, generalmente abierta en la parte inferior y montada sobre una base conductora . A menudo hay placas metálicas o tiras de lámina conectadas a tierra dentro de la botella, flanqueando las láminas de oro a ambos lados. Estas son una medida de seguridad; si se aplica una carga excesiva a las delicadas láminas de oro, tocarán las placas de conexión a tierra y se descargarán antes de romperse. También capturan la carga que se escapa a través del aire y se acumula en las paredes de vidrio, aumentando la sensibilidad del instrumento. En los instrumentos de precisión, el interior de la botella se evacuaba ocasionalmente para evitar que la carga del terminal se disipara por la ionización del aire.

Cuando se toca el terminal metálico con un objeto cargado, las láminas de oro se separan formando una "V" invertida. Esto se debe a que parte de la carga del objeto se conduce a través del terminal y la varilla metálica hacia las láminas. [ 11 ] Dado que las láminas reciben la misma carga, se repelen entre sí y, por lo tanto, se separan. Si se conecta a tierra el terminal tocándolo con un dedo , la carga se transfiere a través del cuerpo humano hacia la tierra y las láminas de oro se juntan.

Las láminas del electroscopio también pueden cargarse sin tocar el terminal con un objeto cargado, mediante inducción electrostática . Al acercar el objeto cargado al terminal del electroscopio, las láminas se separan, ya que el campo eléctrico del objeto induce una carga en la varilla conductora y las láminas, y estas se repelen entre sí. La carga de signo opuesto es atraída por el objeto cercano y se acumula en el disco del terminal, mientras que la carga del mismo signo es repelida por el objeto y se acumula en las láminas (pero solo en la misma medida que salió del terminal), por lo que las láminas se repelen entre sí. Si el electroscopio está conectado a tierra mientras el objeto cargado está cerca, al tocarlo momentáneamente con un dedo, las cargas repelidas del mismo signo viajan a través del contacto hacia tierra, dejando el electroscopio con una carga neta de signo opuesto al del objeto. Inicialmente, las láminas cuelgan libres porque la carga neta se concentra en el extremo del terminal. Cuando el objeto cargado se aleja, la carga del terminal se distribuye por las láminas, provocando que se separen de nuevo.

Diagrama de un electroscopio de oro. [ 12 ]

El electroscopio de Bohnenberger fue desarrollado a principios del siglo XIX por el físico alemán Johann Gottlieb Friedrich von Bohnenberger como una mejora de los electroscopios de lámina de oro anteriores. El instrumento empleaba una sola lámina de oro suspendida entre dos placas con carga opuesta, lo que aumentaba la sensibilidad y permitía una detección más clara tanto de la presencia como del signo de una carga eléctrica. [ 13 ]

Los electroscopios de Bohnenberger se utilizaron ampliamente en la física experimental del siglo XIX y aparecen en laboratorios universitarios, colecciones didácticas y manuales científicos de toda Europa. Su diseño influyó en instrumentos electroscópicos de alta sensibilidad posteriores. [ 14 ]

Los instrumentos electroscópicos de Eberbach & Son fueron diseñados principalmente para uso educativo y de laboratorio, siguiendo los principios clásicos del electroscopio y haciendo hincapié en la robustez y la construcción estandarizada para entornos de enseñanza. [ 15 ]

Si bien no introdujeron nuevos principios electroscópicos, desempeñaron un papel en la estandarización de la enseñanza de la electrostática en Norteamérica. [ 16 ]

Véase también

Notas a pie de página

  1. ↑ Gilbert, William; Edward Wright (1893). Sobre la magnetita y los cuerpos magnéticos . John Wiley & Sons. pág. 79 . Traducción de P. Fleury Mottelay de la obra de William Gilbert (1600) Die Magnete , Londres
  2. 1 2 Fleming, John Ambrose (1911). "Electroscopio" . En Chisholm, Hugh (ed.). Encyclopædia Britannica . Vol. 9 (11.ª ed.). Cambridge University Press. pág. 239.    
  3. 1 2 Baigrie, Brian (2007). Electricidad y magnetismo: una perspectiva histórica . Westport, CT: Greenwood Press. pág. 33. 
  4. 1 2 Derry, Thomas K.; Williams, Trevor (1993) [1961]. Breve historia de la tecnología: desde los tiempos más remotos hasta el año 1900 d . C. Dover. pág. 609. ISBN  0-486-27472-1.pág. 609
  5. ↑ Elliott, P. (1999). "Abraham Bennet FRS (1749–1799): un electricista provincial en la Inglaterra del siglo XVIII" ( PDF) . Notes and Records of the Royal Society of London . 53 (1): 61. doi : 10.1098/rsnr.1999.0063 . JSTOR 531928. S2CID 144062032. Archivado del original (PDF) el 27 de marzo de 2020. Recuperado el 2 de septiembre de 2007 .  
  6. ↑ Sherwood, Bruce A.; Ruth W. Chabay (2011). Materia e interacciones (3.ª ed.). EE. UU.: John Wiley and Sons. págs. 594–596 . ISBN   978-0-470-50347-8.
  7. 1 2 Kaplan MCAT Physics 2010–2011 . EE. UU.: Kaplan Publishing. 2009. p. 329. ISBN  978-1-4277-9875-6Archivado del original el 31 de enero de 2014.
  8. ↑ Paul E. Tippens, Carga eléctrica y fuerza eléctrica , presentación de PowerPoint, págs. 27-28, 2009, Universidad Estatal Politécnica de Sur. Archivado el 19 de abril de 2012 en Wayback Machine en el sitio web DocStoc.com
  9. ↑ Henderson, Tom (2011). "Carga e interacciones de carga" . Electricidad estática, lección 1. The Physics Classroom . Recuperado el 1 de enero de 2012 .
  10. ↑ Winn, Will Winn (2010). Introducción a la física comprensible, vol. 3: Electricidad, magnetismo y luz . EE. UU.: Author House. pág. 20.4. ISBN  978-1-4520-1590-3.
  11. 1 2 3
  12. ↑ phi6guy (03/07/2025). Ley de Coulomb | Electrostática | Cargas y campos eléctricos | Física de 12.º grado de NCERT | . Consultado el 04/07/2025 – vía YouTube.{{cite AV media}}: CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )
  13. ↑ Heilbron, JL (31 de diciembre de 1979). La electricidad en los siglos XVII y XVIII . University of California Press. ISBN 978-0-520-33460-1.
  14. ↑ "Historia de las teorías del éter y la electricidad. Por el profesor Whittaker. 12 chelines y 6 peniques netos. 1910. (Longmans.)" . The Mathematical Gazette . 7 (105): 116–116 . 1910. doi : 10.2307/3603314 . ISSN 0025-5572 . 
  15. ↑ " Instrumentos de la ciencia: una enciclopedia histórica . Robert Bud, Deborah Jean Warner" . Isis . 91 (2): 338–338 . 1998. doi : 10.1086/384751 . ISSN 0021-1753 . 
  16. ↑ Suit Janssen, Barbara (2010). "Patent Models Index: Guide to the Collections of the National Museum of American History, Smithsonian Institution: Listings by Patent Number and Invention Name, Volume 1" . Smithsonian Contributions to History and Technology (54): 1–357 . doi : 10.5479/si.19486006.54-1 . ISSN 1948-6006 . 
  • Electroscopio de bola de médula . Recurso de demostración de física . Universidad de St. Mary . Consultado el 28 de mayo de 2015 .
  • "Simulación por ordenador de electroscopios" . Molecular Workbench . Concord Consortium. Archivado del original el 3 de julio de 2022. Consultado el 3 de febrero de 2008 .
  • Vídeo sobre la bola de médula y la varilla cargada . Canal de YouTube de Física de St. Mary's . Física de St. Mary's en línea. Archivado del original el 22 de diciembre de 2021.