Elettroscopio
L'elettroscopio a foglie (o più brevemente elettroscopio) è un dispositivo che permette di stimare la carica elettrica trasmessa per contatto da un conduttore carico; nel contempo, consente anche di stabilire se un corpo è un conduttore o un isolante elettrico.
Prendiamo una pausa dallo studio dei metodi di elettrizzazione. Abbiamo già trattato l'elettrizzazione per strofinio e l'elettrizzazione per contatto: soffermiamoci su quest'ultima e analizziamo un esperimento che ci permette di quantificare, seppur in maniera grossolana, la carica elettrica trasmessa da un conduttore carico.
Il dispositivo che permette di realizzare tale esperimento si chiama elettroscopio a foglie. Vediamo come è fatto, come funziona e come utilizzarlo. :)
L'elettroscopio a foglie
Un semplice strumento che ci permette di rilevare la carica elettrica presente su un conduttore elettrico è l'elettroscopio a foglie. Ecco come si presenta l'apparato sperimentale.
Elettroscopio a foglie.
Come si costruisce l'elettroscopio? Nella parte superiore del dispositivo abbiamo una sferetta conduttrice di metallo che è direttamente collegata, tramite un'asta di materiale conduttore, a due foglie metalliche molto sottili e leggere, racchiuse dentro un recipiente di vetro. Anche le foglie, solitamente d'oro o di alluminio (nel caso di elettroscopi fai-da-te anche di carta stagnola), sono conduttrici e inizialmente si trovano disposte in verticale l'una accanto all'altra.
Esperimento dell'elettroscopio
Il principio dell'elettroscopio a foglie che ci permette di effettuare le misure di carica elettrica è quello dell'elettrizzazione per contatto che, ricordiamo, è possibile solamente tra due corpi conduttori.
Immaginiamo di avere una bacchetta di metallo e supponiamo che la carica elettrica presente sulla bacchetta sia positiva. Mettiamo a contatto la bacchetta con la sferetta di metallo dell'elettroscopio, che sporge al di fuori del recipiente di vetro.
Cosa accade? Parte della carica elettrica presente sulla bacchetta si trasferisce sulla sfera dell'elettroscopio.
Esperimento dell'elettroscopio a foglie.
La carica elettrica acquisita dal dispositivo non rimane interamente sulla sferetta e parte di essa si trasferisce anche nella parte interna dell'elettroscopio, fino alle foglie metalliche. Tutta la parte centrale dell'elettroscopio infatti è costituita da materiale conduttore e non ci sono impedimenti al passaggio delle cariche elettriche dalla sfera alle foglie.
Se allontaniamo la bacchetta che abbiamo usato per elettrizzare la sferetta, l'elettroscopio rimane elettrizzato perché non ha modo di trasferire la carica a terra, né ad altri conduttori; e poiché la carica si è diffusa anche sulle foglie, esse inevitabilmente si divaricano.
La spiegazione del fenomeno che si manifesta nell'esperimento è semplice: su entrambe le foglie si è depositata della carica positiva e sappiamo bene che cariche elettriche dello stesso segno si respingono, a causa della forza elettrica repulsiva che si viene a generare. Ecco allora che le due foglie si allontanano l'una dall'altra e tale repulsione, come risulterà chiaro dalla legge di Coulomb che studieremo in seguito: tanto più ampia è la distanza, tanto maggiore è la quantità di carica che si è depositata sulle foglie.
In sintesi lo scopo dell'esperimento condotto con l'elettroscopio a foglie è quello di ottenere una misura tangibile della carica elettrica trasmessa alle foglie, stimata mediante la distanza con cui esse finiscono per separarsi.
Da notare che l'elettroscopio funziona allo stesso modo indipendentemente dal segno della carica dell'oggetto elettrizzato. Nella nostra descrizione del funzionamento dell'elettroscopio abbiamo ipotizzato di avere una bacchetta carica positivamente; se invece avessimo utilizzato una carica negativa, parte di tale carica si sarebbe trasferita sulle foglie, cosicché entrambe avrebbero acquisito una carica negativa. Anche in questo caso avremmo ottenuto una repulsione reciproca delle foglie in quanto dotate di una carica dello stesso segno.
Utilizzi dell'elettroscopio a foglie
Il funzionamento dell'elettroscopio appare piuttosto ingegnoso; se da un lato ci consente di quantificare la carica elettrica, il rovescio della medaglia sta nel fatto che non consente di stabilire a posteriori qual è il segno della carica del corpo con cui è venuto in contatto, né di fornire una misura precisa della carica elettrica.
Dalla descrizione dell'esperimento si capisce inoltre perché le due foglie debbano essere sottili e leggere: è infatti necessario che esse si allontanino anche per piccoli valori di carica elettrica. Se avessimo scelto degli oggetti metallici più pesanti la forza elettrica non sarebbe sufficiente per vincere la forza peso, che esercita un momento torcente tale da riportarle in verticale.
Un altro possibile utilizzo dell'elettroscopio è quello di scoprire se un materiale è isolante oppure conduttore. Immaginiamo di avere l'elettroscopio già carico e con le foglie divaricate; mettiamo a contatto la sferetta superiore con un corpo neutro. Non sappiamo se il corpo sia conduttore o isolante, ma lo scopriamo subito perché si possono presentare due situazioni:
- se a seguito del contatto le foglie continuano a rimanere divaricate, la carica elettrica non è riuscita a trasferirsi dell'elettroscopio al corpo, e questo significa che il corpo è isolante;
- al contrario, se a seguito del contatto le foglie si avvicinano e l'elettroscopio si scarica, vuol dire che la carica elettrica è riuscita a fuggire via attraverso il corpo, che quindi deve essere necessariamente conduttore.
Per utilizzare l'elettroscopio in modo ottimale è necessario che la carica elettrica non venga dispersa. È importante quindi che la sferetta in cima all'elettroscopio sia appoggiata su un materiale isolante, ad esempio del sughero, in modo che la carica non possa disperdersi altrove.
Qui abbiamo finito. Vi aspettiamo nella prossima lezione, dove descriveremo il fenomeno di elettrizzazione per induzione. Nel frattempo vi raccomandiamo di usare la barra di ricerca interna per trovare tutto quello che vi serve: qui su YM ci sono migliaia di lezioni e altrettanti esercizi risolti e spiegati. ;)
Buona Fisica a tutti!
Alessandro Catania (Alex)
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