Τι είναι ένας ηλεκτροφόρος;

Ένας ηλεκτροφόριος είναι μια μορφή πρωτόγονης στατικής μπαταρίας ηλεκτρικού φορτίου ή γεννήτριας που αρχικά εφευρέθηκε το 1762 από έναν σουηδικό φυσικό, Johan Wilcke, ωστόσο η λειτουργία της συσκευής είναι αρκετά βασική ώστε να μπορεί να γίνει από μια ποικιλία κοινών υλικών.Η γνωστή πολιτική φιγούρα και ο εφευρέτης στην αποικιακή Αμερική, ο Benjamin Franklin, δημιούργησαν την ιδέα κάνοντας ένα από το ξύλο, το θείο, το κερί και το μεταλλικό κασσίτερο.Ένας συμβατικός ηλεκτροφόριος αποτελείται από μια μονωτική πλάκα, συνήθως κατασκευασμένη από ρητίνη ή πλαστικό κάποιου τύπου, πάνω στην οποία τοποθετείται μια μεταλλική πινακίδα.Στο κέντρο της μεταλλικής πλάκας τοποθετείται ένα άλλο μονωτικό μέσο όπως ένα πλαστικό κύπελλο που χρησιμοποιείται ως λαβή για την πρόληψη της πρόωρης εκκένωσης του ηλεκτροφόρου.Τα στατικά ηλεκτρικά φορτία μπορούν να απομακρυνθούν από τη συσκευή με φυσική επαφή με τη μεταλλική πλάκα, είτε στιγμιαία φόρτιση λαμπτήρων είτε για να εκτελούν άλλα πειράματα.

Η βασική αρχή πίσω από τη λειτουργία ενός ηλεκτροφόρου είναι αυτή του TriboElectric Effect, αλλιώς γνωστόως αποθηκευμένη στατική ηλεκτρική ενέργεια.Η μονωτική πλάκα φορτίζεται για πρώτη φορά με ένα στατικό ηλεκτρικό φορτίο πριν συναρμολογηθεί ένας ηλεκτροφόριος με τρίψιμο του ενάντια σε άλλα υλικά όπως το μαλλί που θα προκαλέσει ηλεκτρικό φορτίο στην μονωτική πλάκα μέσω της διαδικασίας ηλεκτροστατικής επαγωγής.Μόλις τοποθετηθούν η πινακίδα μονωτικής πλάκας και αγώγιμης πλάκας, το στατικό φορτίο στον μονωτή διαχωρίζει τις θετικές και αρνητικές φορτίσεις στον αγωγό μετάλλου.Τα θετικά φορτία στο μέταλλο αποσπώνται προς την μονωτική πλάκα και τα αρνητικά φορτία απωθούνται.

Το επαγόμενο αρνητικό φορτίο στην επάνω επιφάνεια της μεταλλικής πλάκας μπορούν στη συνέχεια να εκφορτωθούν κάνοντας φυσική επαφή με το μέταλλο, ολοκληρώνοντας ένα κύκλωμα μέσα απότο ανθρώπινο σώμα στο έδαφος.Η φόρτιση είναι συχνά αρκετά ισχυρή ώστε μια αβλαβής σπινθήρα να πηδάει από το μέταλλο σε αυτά τα δάχτυλα πριν από την επαφή ή οι καλώδια ενός μικρού λαμπτήρα μπορούν να τοποθετηθούν μεταξύ των δύο επιφανειών για να το φωτίζουν προσωρινά καθώς το φορτίο διαχέεται.Μεγάλες εκδοχές του ηλεκτροφόρου θα ανάψουν επίσης έναν λαμπτήρα φθορισμού σε σχήμα σωλήνα στιγμιαία εάν το ένα άκρο κρατηθεί σε ένα χέρι και το άλλο κρατιέται κοντά στην φορτισμένη μεταλλική πλάκα.

Μία από τις μοναδικές πτυχές ενός ηλεκτροφόρου που την καθιστά δημοφιλή επίδειξη ηλεκτρικών αρχών είναι ότι η μονωτική πλάκα ενεργεί παρόμοια με πιο εξελιγμένους πυκνωτές ή μονάδες ηλεκτρικής αποθήκευσης σε κοινά ηλεκτρονικά κυκλώματα.Σε αντίθεση με τους τυπικούς πυκνωτές, ωστόσο, η μονωτική πλάκα κρατά ένα φορτίο που δεν εξαντλείται από τη διαδικασία της στατικής εκκένωσης στη μεταλλική πλάκα.Αφού η μεταλλική πλάκες έχει σημειωθεί πολωμένη απόρριψη ενέργειας, εάν η μεταλλική πλάκα απομακρυνθεί από την περιοχή της μονωτικής πλάκας, στη συνέχεια τοποθετείται στην κορυφή της και πάλι, ο διαχωρισμός φορτίου στο μέταλλο θα επαναληφθεί καθώς ο μονωτής εξακολουθεί να συγκρατεί τη φόρτιση.

Αυτή η διαδικασία φαίνεται να αποδεικνύει την ιδέα της ελεύθερης ενέργειας που προέρχεται από το πουθενά, καθώς το στατικό φορτίο ανανεώνεται συνεχώς και απορρίπτεται ανεξάρτητα από το πόσες φορές απομακρύνεται η μεταλλική πλάκα και στη συνέχεια τοποθετείται πίσω στην κορυφή της μονωτικής πλάκας.Στην πραγματικότητα, η ενέργεια διατηρείται επειδή το έργο της φυσικής μετακίνησης της μεταλλικής πλάκας μακριά και στη συνέχεια η αντικατάστασή της εισάγει πιθανή ενέργεια στο σύστημα ηλεκτροφόρου, το οποίο στη συνέχεια μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια όταν λαμβάνει χώρα μια απόρριψη ή σπινθήρα.Οι μεγάλες εκδοχές του ηλεκτροφόρου είναι γνωστές ως γεννήτριες van de Graaf, οι οποίες είναι ικανές να παράγουν ηλεκτροστατικές τάσεις που κυμαίνονται μέχρι 2.000.000 βολτ, όπως αυτή που δημιούργησε ο αμερικανός φυσικός Δρ. Robert van de Graaf στις αρχές της δεκαετίας του 1930.