Πώς θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε ένα ηλεκτροσκόπιο Pith Ball για να μάθετε ποιο υλικό κρατά τα ηλεκτρόνια του πιο έντονα;
Υλικά:
* Ηλεκτροσκόπιο Pith Ball (δύο μπάλες Pith που αιωρούνται από χορδές)
* Δύο ράβδοι από διαφορετικά υλικά (π.χ. γυαλί και πλαστικό)
* Ένα κομμάτι μαλλιού ή γούνας (για τρίψιμο)
Διαδικασία:
1. Φορτίστε τις ράβδους:
* Τρίψτε έντονα τη γυάλινη ράβδο με το μαλλί ή τη γούνα. Αυτό θα μεταφέρει ηλεκτρόνια από το μαλλί στη γυάλινη ράβδο, δίνοντας στη γυάλινη ράβδο μια θετική φόρτιση.
* Τρίψτε έντονα την πλαστική ράβδος με το μαλλί ή τη γούνα. Αυτό θα μεταφέρει ηλεκτρόνια από την πλαστική ράβδο στο μαλλί, δίνοντας στην πλαστική ράβδο αρνητική φόρτιση.
2. Δοκιμάστε το ηλεκτροσκόπιο με τη θετικά φορτισμένη ράβδο:
* Φέρτε τη θετικά φορτισμένη γυάλινη ράβδο κοντά στις μπάλες του ηλεκτροσκοπίου.
* Παρατηρήστε τις μπάλες Pith. Θα αποκρούσουν ο ένας τον άλλον επειδή και οι δύο αποκτούν θετική φόρτιση με επαγωγή (η θετική ράβδος προσελκύει ηλεκτρόνια μακριά από τις μπάλες Pith, αφήνοντάς τους με ένα καθαρό θετικό φορτίο).
3. Ελέγξτε το ηλεκτροσκόπιο με την αρνητική φορτισμένη ράβδο:
* Φέρτε την αρνητικά φορτισμένη πλαστική ράβδος κοντά στις μπάλες του Pith.
* Παρατηρήστε τις μπάλες Pith. Θα αποκρούσουν επίσης ο ένας τον άλλον επειδή θα αποκτήσουν αρνητικό φορτίο με επαγωγή (η αρνητική ράβδος απωθεί τα ηλεκτρόνια στις μπάλες του Pith, καθιστώντας τους πιο αρνητικά φορτισμένες).
4. Συγκρίνετε την απόρριψη:
* Παρατηρήστε το βαθμό απόρριψης μεταξύ των μπάλες Pith όταν κάθε ράβδος έρχεται κοντά.
* Το υλικό που προκαλεί μια ισχυρότερη απόρριψη Μεταξύ των μπάλες Pith είναι αυτή που κρατά τα ηλεκτρόνια τους πιο έντονα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι όσο ισχυρότερη είναι η έλξη του φορτίου της ράβδου για τα ηλεκτρόνια στις μπάλες Pith, τόσο περισσότερα ηλεκτρόνια θα αναδιανεμηθούν, οδηγώντας σε μεγαλύτερη διαφορά φορτίου και ισχυρότερη απόρριψη.
Επεξήγηση:
* Triboelectric Effect: Το τρίψιμο των υλικών (γυαλί και μαλλί, πλαστικό και μαλλί) δημιουργεί ένα Triboelectric Effect, όπου τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται από το ένα υλικό στο άλλο. Αυτό αφήνει ένα υλικό με καθαρό θετικό φορτίο (χαμένα ηλεκτρόνια) και το άλλο με καθαρό αρνητικό φορτίο (αποκτηθέντα ηλεκτρόνια).
* Ηλεκτροστατική επαγωγή: Όταν μια φορτισμένη ράβδος έρχεται κοντά στις μπάλες Pith, προκαλεί ανακατανομή των ηλεκτρονίων μέσα στις μπάλες του Pith. Η έλξη ή η απόρριψη μεταξύ του φορτίου της ράβδου και των ηλεκτρόνων του Pith Balls καθορίζει την κατεύθυνση αυτής της αναδιανομής.
* Ιδιότητες υλικού: Τα διαφορετικά υλικά έχουν διαφορετικές συγγένειες για τα ηλεκτρόνια. Ορισμένα υλικά, όπως το γυαλί, τείνουν να χάνουν ηλεκτρόνια εύκολα, ενώ άλλα, όπως το πλαστικό, τείνουν να τα κρατούν πιο έντονα.
Παράδειγμα:
Εάν η γυάλινη ράβδος αναγκάσει τις μπάλες Pith να απωθούν με μεγαλύτερη δύναμη από την πλαστική ράβδο, αυτό σημαίνει ότι το γυαλί κρατά στα ηλεκτρόνια του λιγότερο έντονα από το πλαστικό. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η γυάλινη ράβδος χάνει ηλεκτρόνια πιο εύκολα όταν τρίβεται με μαλλί.
Σημείωση: Αυτό το πείραμα είναι μια ποιοτική επίδειξη. Για να μετρήσετε τη σχετική ικανότητα των υλικών να συγκρατήσετε με μεγαλύτερη ακρίβεια τα ηλεκτρόνια, θα χρειαστείτε πιο εξελιγμένα όργανα και μια πιο ελεγχόμενη πειραματική ρύθμιση.
