Několik netradičních pokusů z elektrostatiky

Miroslav Svoboda

Elektrostatický motor

Potřeby: Plastová láhev, tři dřevěné tyčky, indukční elektrika, polystyrénové desky.

Příprava: Jednoduchý model motorku si můžeme snadno vyrobit. Stačí plastová láhev 1,5 l až 2 l, tři dřevěné tyčky o průměru asi 1 cm a délce asi o 2 cm větší než je délka plastové láhve. Do dvou tyček připevníme hřebíčky (asi 30 mm dlouhé) tak, aby tvořily „hřebínek“. Hřebíčky v tyčce vodivě spojíme. Do třetí tyčky připevníme ve směru podélné osy tyčky hřebíček hrotem od tyčky. Do šroubovacího uzávěru lahve přilepíme kovový plíšek ve tvaru kruhu a v jeho středu uděláme vrtákem jamku. Jamka slouží jako hrotové ložisko. Do lahve vyvrtáme na protější straně uzávěru otvor o průměru o málo větším než je průměr tyčky. Tyčky upevníme do podstavců k Holtzovým svorkám (každou zvlášť). Stojany s tyčkami umístíme na podložku z polystyrénu. Tyčku s hrotem provlékneme otvorem ve spodní části lahve a její hrot nasadíme do jamky v uzávěru.

Plastovou láhev umístíme na hrot tak, aby se volně otáčela kolem svislé osy, která prochází dnem lahve. Hřebínky umístíme symetricky po obou stranách lahve tak, aby jejich podélná osa byla rovnoběžná s hrotem. Vzdálenost hrotů hřebínku od povrchu lahve volíme asi 1 cm. Na hřebínky připojíme indukční elektriku.

Provedení: Otáčíme kličkou indukční elektriky. Láhev se začne pomalu roztáčet. Frekvence otáčení se zvětšuje až do určité hodnoty a dále se láhev otáčí rovnoměrně. Přestaneme-li otáčet kličkou, láhev se zpomaluje a zastaví se.

Vysvětlení: Okolo hrotů hřebínků vzniká kladná a záporná korona, ve které se nacházejí kladné a záporné ionty. V důsledku elektrostatické indukce dochází k přitahování kladných a záporných iontů k povrchu láhve a ten se nabíjí. Působením odpudivých Coulombovských sil se láhev začne otáčet (vznikla dvojice sil).

Poznámky:

1. Směr otáčení lahve je dán nesymetrií v uspořádání soustavy láhev+hřebínky. Při záměrném nepatrném posunu hřebínku ve směru tečném k povrchu lahve se láhev může začít po připojení elektrostatického napětí otáčet na opačnou stranu.

2. Pokud se láhev neroztočí sama (větší tření mezi hrotem a ložiskem), je potřeba ji (např. fouknutím ve směru tečném k povrchu lahve) uvést do pohybu.

Oddělení elektrických nábojů vytvořených elektrostatickou indukcí – pokus se žáky

Potřeby: Měřič náboje, dvě polystyrénové desky, vinidurová nebo skleněná tyč.

Příprava: Pokus je analogický běžně prováděnému pokusu při výkladu elektrostatické indukce s kulovými konduktory. Je netradiční v tom, že konduktory nahradí žáci. Dva žáci se postaví na polystyrénové desky a uchopí se za ruce. Na okamžik se uzemní, aby se odstranil náboj, který vzniká třením o různé části oděvu nebo botami o podlahu. Střední vývod koaxiálního kabelu měřiče náboje připojíme ke kulovému konduktoru umístěnému na izolačním stojánku.

Provedení: K hlavě jednoho žáka se přiblížíme zelektrovanou vinidurovou tyčí. Pak si žáci pustí ruce a oddálíme zelektrovanou tyč. Žák, který byl blíže zelektrované tyči, se dotkne kulového konduktoru. Měřič náboje ukáže opačný náboj než náboj na tyči (v našem uspořádání náboj kladný). Měřič náboje vybijeme a kulového konduktoru se dotkne druhý žák. Měřič náboje ukáže náboj souhlasný s nábojem tyče (tj. náboj záporný).

Zelektrování vodiče třením

Potřeby: Měřič náboje, kovová deska, polystyrénová deska

Na školách se většinou provádí zelektrování nevodivých těles. Dá se však také ukázat, že i kovová tělesa se mohou zelektrovat.

Příprava: K pokusu použijeme měřič náboje a to buď typ Q1 nebo měřič Q, U, I. Oba měřiče jsou tuzemské výroby. Pokus popíšeme s měřičem Q, U, I. Zapojení měřiče Q1 je obdobné.

Přístroj zapneme síťovým vypínačem. Koaxiální kabel zapojíme do konektoru označeného Q. Střední vývod koaxiálního kabelu připojíme ke kulovému konduktoru na izolovaném stojánku. Soustavu vybijeme stisknutím tlačítka na přední stěně panelu. Knoflíkem potenciometru s označením „jemně“ nastavíme na měřidle elektrickou nulu. Nastavíme vhodný rozsah.

Provedení: Kovovou desku s izolačním držadlem upevníme ve stativu. Polystyrénovou deskou třeme kovovou desku. Středním vývodem koaxiálního kabelu se dotkneme kovové desky. Indikátor na měřiči ukáže kladný náboj. Měřič vybijeme. Pak se dotkneme polystyrénové desky. Indikátor ukáže záporný náboj.

Závěr: Z pokusu vyplývá, že kovová deska se dá také zelektrovat třením. Kovová deska i polystyrénová deska jsou nabity opačnými náboji. Kovová deska je nabita kladně a polystyrénová desky záporně.

Poznámka

Místo měřiče náboje můžeme použít elektrometr. Skutečnost, že náboje na desce kovové a polystyrénové jsou opačné, poznáme podle toho, že při přiblížení polystyrénové desky k elektrometru nabitému kovovou deskou výchylka lístků elektrometru poklesne.