Kaj je elektrofor?

Elektrofor je oblika primitivne baterije ali generatorja statičnega električnega naboja, ki jo je prvotno izumil švedski fizik Johan Wilcke leta 1762, vendar je funkcija naprave dovolj osnovna, da jo je mogoče izdelati iz različnih običajnih materialov. Znana politična osebnost in izumitelj v kolonialni Ameriki, Benjamin Franklin, je populariziral idejo tako, da jo je izdelal iz lesa, žvepla, voska in kositrne kovine. Običajni elektrofor je sestavljen iz izolacijske plošče, običajno narejene iz smole ali plastike neke vrste, na katero je nameščena kovinska prevodna plošča. Na sredino kovinske plošče je pritrjen še en izolacijski medij, kot je plastična skodelica, ki se uporablja kot ročaj za preprečevanje prezgodnjega izpusta elektroforja. Statične električne naboje je mogoče odvzeti iz naprave s fizičnim dotikom kovinske plošče, bodisi s trenutnim polnjenjem žarnic ali za izvajanje drugih poskusov.

Osnovno načelo delovanja elektroforja je triboelektrični učinek, sicer znan kot shranjena statična elektrika. Izolacijska plošča se najprej napolni s statičnim električnim nabojem, preden se elektrofor sestavi z drgnjenjem ob druge materiale, kot je volna, ki bo povzročila električni naboj v izolacijski plošči s postopkom elektrostatične indukcije. Ko sta izolacijska plošča in prevodna plošča postavljeni skupaj, statični naboj v izolatorju loči pozitivne in negativne naboje v kovinskem prevodniku. Pozitivni naboji v kovini se potegnejo navzdol proti izolacijski plošči, negativni naboji pa se odbijejo navzgor.

Inducirani negativni naboj na zgornji površini kovinske plošče se lahko nato sprosti s fizičnim stikom s kovino, s čimer se zaključi krog skozi človeško telo v tla. Naboj je pogosto dovolj močan, da neškodljiva iskra preskoči s kovine na prst pred stikom, ali pa se lahko med obema površinama namestijo vodniki majhne žarnice, da jo začasno prižgejo, ko se naboj razprši. Velike različice elektroforja bodo za trenutek prižgale tudi fluorescentno žarnico v obliki cevi, če en konec držite v roki, drugega pa držite blizu napolnjene kovinske plošče.

Eden od edinstvenih vidikov elektroforja, zaradi katerega je priljubljen prikaz električnih principov, je, da izolacijska plošča deluje podobno kot bolj izpopolnjeni kondenzatorji ali električne enote za shranjevanje v običajnih elektronskih vezjih. Za razliko od tipičnih kondenzatorjev pa izolacijska plošča zadržuje naboj, ki ni izčrpan s procesom statične razelektritve v kovinski plošči. Ko pride do polariziranega praznjenja energije kovinske plošče, če kovinsko ploščo odstranimo iz bližine izolacijske plošče in jo nato ponovno postavimo nanjo, se bo ločitev naboja v kovini ponovila, saj izolator še vedno drži svoj naboj.

Zdi se, da ta proces dokazuje idejo o prosti energiji, ki prihaja od nikoder, saj se statični naboj nenehno obnavlja in prazni, ne glede na to, kolikokrat se kovinska plošča odstrani in nato postavi nazaj na izolacijsko ploščo. V resnici je energija ohranjena, ker fizično odmikanje kovinske plošče in njeno zamenjavo vnese potencialno energijo v sistem elektrofora, ki se nato pretvori v kinetično energijo, ko pride do razelektritve ali iskre. Velike različice elektroforja so znane kot generatorji Van de Graaf, ki so sposobni proizvajati elektrostatične napetosti v območju do 2,000,000 voltov, kot je tista, ki jo je v zgodnjih tridesetih letih prejšnjega stoletja ustvaril sam ameriški fizik dr. Robert Van de Graaf.