Ce este un electrofor?

Un electrofor este o formă de baterie sau generator de încărcare electrică statică primitivă care a fost inventată inițial în 1762 de un fizician suedez, Johan Wilcke, dar funcția dispozitivului este suficient de simplă încât să poată fi realizat dintr-o varietate de materiale comune. Renumitul personaj politic și inventator din America colonială, Benjamin Franklin, a popularizat ideea făcând una din lemn, sulf, ceară și metal cositor. Un electrofor convențional constă dintr-o placă izolatoare, de obicei realizată din rășină sau plastic de un anumit tip, pe care este plasată o placă conducătoare de metal. În centrul plăcii metalice este atașat un alt mediu izolator, cum ar fi o ceașcă de plastic, care este folosită ca mâner pentru a preveni descărcarea prematură a electroforului. Încărcările electrice statice pot fi extrase din dispozitiv prin atingerea fizică a plăcii de metal, fie încărcând momentan becurile, fie pentru a efectua alte experimente.

Principiul de bază din spatele funcționării unui electrofor este cel al efectului triboelectric, altfel cunoscut sub numele de electricitate statică stocată. Placa izolatoare este mai întâi încărcată cu o sarcină electrică statică înainte ca un electrofor să fie asamblat prin frecarea cu alte materiale, cum ar fi lâna, care va induce o sarcină electrică în placa izolatoare prin procesul de inducție electrostatică. Odată ce placa izolatoare și placa conducătoare sunt așezate împreună, sarcina statică din izolator separă sarcinile pozitive și negative din conductorul metalic. Sarcinile pozitive din metal sunt trase în jos spre placa izolatoare, iar sarcinile negative sunt respinse în sus.

Sarcina negativă indusă în suprafața superioară a plăcii de metal poate fi apoi descărcată prin contact fizic cu metalul, completând un circuit prin corpul uman în pământ. Încărcarea este adesea suficient de puternică încât o scânteie inofensivă să sară din metal pe degetul cuiva înainte de contact, sau cablurile unui bec mic pot fi plasate între cele două suprafețe pentru a-l aprinde temporar pe măsură ce încărcarea se disipează. Versiunile mari de electrofor vor aprinde, de asemenea, un bec fluorescent în formă de tub, dacă un capăt este ținut într-o mână, iar celălalt este ținut aproape de placa metalică încărcată.

Unul dintre aspectele unice ale unui electrofor care îl face o demonstrație populară a principiilor electrice este că placa izolatoare acționează similar cu condensatoarele mai sofisticate sau unitățile de stocare electrică din circuitele electronice comune. Spre deosebire de condensatoarele obișnuite, totuși, placa izolatoare deține o sarcină care nu este epuizată prin procesul de descărcare statică în placa metalică. După ce a avut loc descărcarea polarizată a energiei plăcii metalice, dacă placa metalică este îndepărtată din vecinătatea plăcii izolatoare, apoi plasată din nou deasupra ei, separarea sarcinii în metal se va repeta pe măsură ce izolatorul încă își menține sarcina.

Acest proces pare să demonstreze ideea energiei libere care vine de nicăieri, deoarece sarcina statică este reînnoită și descărcată continuu, indiferent de câte ori placa metalică este îndepărtată și apoi plasată înapoi deasupra plăcii izolatoare. În realitate, energia este conservată deoarece munca de deplasare fizică a plăcii de metal și apoi înlocuirea acesteia introduce energie potențială în sistemul electrofor, care este apoi convertită în energie cinetică atunci când are loc o descărcare sau o scânteie. Versiunile mari de electrofor sunt cunoscute sub numele de generatoare Van de Graaf, care sunt capabile să producă tensiuni electrostatice în intervalul de până la 2,000,000 de volți, precum cea creată de însuși fizicianul american Dr. Robert Van de Graaf la începutul anilor 1930.