El electroscopio es uno de los primeros instrumentos científicos utilizados para detectar la presencia de carga eléctrica en un cuerpo. Detecta la carga mediante el movimiento de un objeto de prueba debido a la fuerza electrostática de Coulomb sobre él. La cantidad de carga en un objeto es proporcional a su voltaje . La acumulación de carga suficiente para detectar con un electroscopio requiere cientos o miles de voltios, por lo que los electroscopios se utilizan con fuentes de alto voltaje como electricidad estática y máquinas electrostáticas . Un electroscopio sólo puede dar una indicación aproximada de la cantidad de carga; Un instrumento que mide cuantitativamente la carga eléctrica se llama electrómetro .
El electroscopio fue el primer instrumento de medición eléctrica . El primer electroscopio fue una aguja pivotante (llamada versorio ), inventada por el médico británico William Gilbert alrededor de 1600. [1] [2] El electroscopio de bola de médula y el electroscopio de pan de oro son dos tipos clásicos de electroscopio [2] que son Todavía se utiliza en la educación física para demostrar los principios de la electrostática . En el dosímetro de radiación de fibra de cuarzo también se utiliza un tipo de electroscopio . Los electroscopios fueron utilizados por el científico austriaco Victor Hess en el descubrimiento de los rayos cósmicos .
En 1731, Stephen Gray utilizó un simple hilo para colgar, que sería atraído por cualquier objeto cargado cercano. Esta fue la primera mejora del versorio de Gilbert de 1600. [3]
El electroscopio de bola de médula, inventado por el maestro y físico británico John Canton en 1754, consta de una o dos pequeñas bolas de una sustancia ligera no conductora, originalmente un material vegetal esponjoso llamado médula , [4] suspendidas del gancho con hilo de seda o lino. de un soporte aislado . [5] Tiberio Cavallo fabricó un electroscopio en 1770 con bolas de médula en los extremos de alambres de plata. [3] Los electroscopios modernos suelen utilizar bolas de plástico. Para comprobar la presencia de una carga en un objeto, el objeto se acerca a la bola de médula descargada. Si el objeto está cargado, la bola será atraída hacia él y se moverá hacia él.
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 consta de partículas cargadas eléctricamente ubicadas muy juntas; Cada átomo consta de un núcleo cargado positivamente rodeado por una nube de electrones cargados negativamente. La médula no es conductora , por lo que los electrones de la bola están unidos a los átomos de la médula y no son libres de abandonar los átomos y moverse en la bola, pero pueden moverse un poco dentro de los átomos. Ver diagrama. Si, por ejemplo, se acerca un objeto cargado positivamente (B) a la bola de médula (A) , los electrones negativos (signos menos azules) de cada átomo (óvalos amarillos) serán atraídos y se moverán ligeramente hacia el lado del átomo más cercano. el objeto. Los núcleos cargados positivamente (signos más rojos) serán repelidos y se alejarán ligeramente. Dado que las cargas negativas en la bola de médula ahora están 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 de atracción neta. [7] Esta separación de carga es microscópica, pero como hay tantos átomos, las pequeñas fuerzas se suman para formar una fuerza lo suficientemente grande como para mover una bola de médula ligera.
La bola de médula se puede cargar tocando un objeto cargado, de modo que algunas de las cargas en la superficie del objeto cargado se muevan hacia la superficie de la bola. Entonces la bola se puede utilizar para distinguir la polaridad de carga de otros objetos porque será repelida por objetos cargados con la misma polaridad o signo que tiene, pero atraída por cargas de polaridad opuesta.
A menudo, el electroscopio tendrá un par de bolas de médula suspendidas. Esto permite saber de un vistazo si las bolas de médula están cargadas. Si una de las bolas de médula toca un objeto cargado, cargándolo, la segunda será atraída y lo tocará, comunicando parte de la carga a la superficie de la segunda bola. Ahora ambas bolas tienen la misma carga de polaridad, por lo que se repelen. Cuelga en forma de "V" invertida con las bolas separadas. La distancia entre las bolas dará una idea aproximada de la magnitud de la carga.
El electroscopio de hoja 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 utilizaban entonces. [11] Consiste en una varilla metálica vertical , normalmente de latón , de cuyo extremo cuelgan dos tiras paralelas de fina hoja de oro flexible . Se adjunta un terminal de disco o bola a la parte superior de la varilla, donde se aplica la carga a probar. [11] Para proteger las hojas de oro de las corrientes de aire, se encierran en una botella de vidrio, generalmente abierta en la parte inferior y montada sobre una base conductora . A menudo, en la botella se encuentran placas de metal puestas a tierra o tiras de papel de aluminio, flanqueando las hojas de oro a cada lado. Estas son una medida de seguridad; Si se aplica una carga excesiva a las delicadas hojas de oro, tocarán las placas de tierra y se descargarán antes de romperse. También capturan la carga que se escapa a través del aire que se acumula en las paredes de vidrio, aumentando la sensibilidad del instrumento. En los instrumentos de precisión, el interior de la botella se evacuó ocasionalmente para evitar que la carga del terminal se escapara debido a la ionización del aire.
Cuando el terminal metálico se toca con un objeto cargado, las hojas 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 de metal hasta las hojas. [11] Dado que las hojas reciben la misma carga de signo, se repelen entre sí y, por lo tanto, divergen. Si el terminal se conecta a tierra tocándolo con un dedo , la carga se transfiere a través del cuerpo humano a la tierra y las hojas de oro están muy juntas.
Las hojas del electroscopio también se pueden cargar sin que un objeto cargado toque el terminal, mediante inducción electrostática . A medida que el objeto cargado se acerca al terminal del electroscopio, las hojas se separan, porque el campo eléctrico del objeto induce una carga en la varilla conductora del electroscopio y en las hojas, y las hojas cargadas se repelen entre sí. La carga de signo opuesto es atraída por el objeto cercano y se acumula en el disco terminal, mientras que la carga del mismo signo es repelida del objeto y se acumula en las hojas (pero sólo en la medida que sale del terminal), por lo que las hojas se repelen entre sí. otro. Si el electroscopio se conecta a tierra mientras el objeto cargado está cerca, al tocarlo momentáneamente con un dedo, las cargas del mismo signo repelidas viajan a través del contacto a tierra, dejando el electroscopio con una carga neta que tiene el signo opuesto al del objeto. Inicialmente las hojas cuelgan libres porque la carga neta se concentra en el extremo terminal. Cuando el objeto cargado se aleja, la carga en el terminal se propaga hacia las hojas, provocando que se separen nuevamente.
