Elektroskoop. Juhid ja mittejuhid

Kas kehal on elektrilaeng või mitte, saab kindlaks teha lihtsa omavalmistatud seadme abil. Niidi otsas rippuva suure raudnaela terava otsa külge on plastiliiniga kinnitatud kaks õhukesest paberist samade mõõtmetega kitsast riba. Otsapidi naela külge kinnitatud paberiribad ripuvad teineteisega paral­leelselt. Kui naela puudutada laetud kehaga, kandub osa elektrilaengust naelale ja sealt paberiribakestele. Paberiribakesed omandavad samaliigilised elektrilaengud ning tõukuvad teineteisest eemale. Kui naelale anda täiendav elektri­laeng, suureneb paberiribakeste kõrvalekalle veelgi. Mida suurem elektrilaeng on seadmele antud, seda suurem on ka paberiribakeste kalle vertikaalasendist.

Paberiribakesed tõukuvad, sest neil on samaliigilised elektrilaengud.

Samal põhimõttel töötab elektroskoop – seade, millega saab kindlaks teha, kas keha on laetud või mitte. Elektroskoobi töö põhineb samaliigilise elektrilaenguga kehade tõukumisel. Elektroskoobi metallist kesta esi- ja tagakülg on klaasist. Kesta sees asetseb osutiga metallvarras. Osuti keskpunkt on kinnitatud metallvarda külge nii, et osuti saab varda suhtes vabalt pöörduda. Metallvarras on elektroskoobi kestast eraldatud plastkorgiga.

Elektroskoop

Elektroskoop laadub, kui selle varrast puudutada laetud kehaga. Kuna metallvarras ja osuti omandavad samaliigilise elektrilaengu, siis tõukuvad osuti otsad vardast eemale. Mida suurem on elektroskoobi elektrilaeng, seda suurem on osuti kalle. Osuti kõrvalekalde paremaks jälgimiseks on elektroskoobi kestale märgitud jaotised.

Elektroskoobi osuti otsad tõukuvad vardast, sest osuti ja varda elektril­aengud on samaliigilised.

Teatavasti võib elektrilaeng kanduda ühelt kehalt teisele. Kas elektrilaengu ülekandel on oluline ka see, mis ainest need kehad on?

Seda on lihtne uurida katse abil. Asugu kõrvuti laetud ja laadimata elektroskoop. Kui elektroskoobid metallvarda abil ühendada, kaldub kõrvale ka teise elektroskoobi osuti, esialgselt laetud elektroskoobi osuti kõrvalekalle aga väheneb. Selline katsetulemus näitab, et osa elektrilaengust kandub mööda metallvarrast laetud elektroskoobilt laadimata elektroskoobile.

Mööda metallvarrast kandub osa elektrilaengust laetud elektroskoobilt laadimata elektroskoobile.

Kui laetud ja laadimata elektroskoobid ühendada aga näiteks plastjoonlaua abil, siis teise elektroskoobi osuti kõrvale ei kaldu. Teine elektroskoop ei laadu. Mööda plastjoonlauda ei kandu elektrilaeng ühelt elektroskoobilt teisele.

Mööda plastjoonlauda elektri­laeng edasi ei kandu.

Ained ja nende segud liigitatakse elektrijuhtideks ja mittejuhtideks.

Elektri­juhiks nimetatakse ainet või ainete segu, mida mööda elektrilaeng võib kanduda ühelt kehalt teisele. Juhtideks on kõik metallid ning hapete, soolade ja leeliste vesilahused. Ka Maa ja inimese keha on elektrijuhid.

Mittejuhiks ehk dielektrikuks (ka isolaatoriks) nimetatakse ainet või ainete segu, mida mööda elektrilaeng ei kandu ühelt kehalt teisele. Mittejuhid on merevaik, klaas, kvarts, marmor, kummi, eboniit (suure väävlisisaldusega kummi), siid, plastid, petrooleum, puhas (destilleeritud) vesi, õhk jt.

Kui laetud elektroskoobi metallvarrast puudutada käega, kaotab elektros­koop laengu. Elektrilaeng kandub elektros­koobilt inimesele. Laetud elektros­koop tühjeneb ka siis, kui selle varras ühen­dada traadi abil maaga. Laetud keha ühendamist elektrijuhi abil maaga nimetatakse maandamiseks.

Laetud kehalt laadimata kehale üle kandunud elektrilaengu suurus sõltub kehade mõõtmetest. Kehade ühendamisel omandab mõõtmetelt suurem keha suurema elektrilaengu. Sellepärast kandubki laetud elektroskoobi varda puudutamisel inimesele suurem osa elektroskoobi elektrilaengust. Elektroskoobile jääb nii väike elektrilaeng, et selle mõjul osuti kõrvale ei kaldu. Laetud elektroskoobi ühendamisel maaga kandub maale aga elektroskoobi kogu elektrilaeng.

Olgu kahel ühesugusel elektroskoobil erineva suurusega samaliigilised elektri­laengud. Elektroskoopide osutite kalded on erinevad. Kui elektro­s­koobid juhi abil ühendada, võtavad mõlema seadme osutid sama kõrvalekalde.

Ühe elektroskoobi osuti kalle seejuures väheneb, teise elektroskoobi osuti kalle aga suureneb. 

Samaliigilise laenguga elektroskoopide ühendamisel jaotub kummalegi elektroskoobile pool neil olnud kogulaengu suurusest.

Järelikult kandus osa elektrilaengust suurema laenguga elektroskoobilt väiksema laenguga elektroskoobile ning pärast elektrilaengu ülekannet on nende laengud ühesuurused. Sama­liigilise laenguga elektroskoopide ühendamisel jaotub kummalegi elektros­koobile pool neil olnud laengu suurusest.

Olgu kahel elektroskoobil ühesuurused eriliigilised elektrilaengud. Kui elektroskoobid juhi abil ühendada, kaotavad mõlemad seadmed oma laengu.

Sama suurusega eriliigilised elektrilaengud neutraliseerivad teineteise.

Seega: ühe­suuruste eriliigiliste elektrilaengutega kehade ühendamisel nende elektrilaengud kompenseeruvad ehk neutraliseerivad teineteise ning kehad kaotavad elektrilaengu.

Hõõrumisel elektriseeruvad hästi elektrilaenguid mittejuhtivast ainest kehad, sest nendelt kehadelt ei saa elektrilaeng liikuda teistele kehadele. Näiteks elektriseeruvad plastkattega tööpinnad ja põrandad, kunstkiudu sisaldavad kangad, vahtplast, paber, puistematerjalid, paljud liikuvad vedelikud jne. Kuna mittejuhtivast ainest kehadelt elektrilaeng teistele kehadele ei kandu, võib aja jooksul nende kehade pindadele koguneda väga suur elektrilaeng. Elektriseerumist soodustab ka kuiv ja soe õhk laetud keha ümbruses. Kuna inimene on elektrijuht, siis laetud keha pinda puudutades võib inimene saada elektrilöögi.

Ka inimene ise võib mittejuhtidega kokku puutudes omandada elektrilaengu. Inimese rõivad võivad laaduda üksteise vastu hõõrudes, inimene võib elektriseeruda vaibal või plastkattega põrandal kõndides, siis, kui ta töö on seotud näiteks paberi, kanga, puistainete või vedelike liikumisega. Elektrilaengut kandev inimene saab ebameeldiva elektrilöögi osaliseks, kui puudutab elektrit juhtivast ainest või maandatud esemeid.

Et vältida elektrilaengute kogunemist esemete pindadele, need maandatakse.

Mõnedes töökohtades võidakse maandada ka inimene ja tema riided. Mööda maandus­juhet kanduvad tekkivad elektrilaengud maasse ning esemed ja inimesed ei elektriseeru.

1. Miks elektriseerub kamm kuivade, kuid mitte märgade juuste kammimisel?
2. Miks on elektrikatsetes kasutatavad kerad ja torukesed valmistatud metallist?
3. Miks riputatakse elektrikatsetes kasutatavad õhukesest metallist torukesed üles siid- või kapronniidi abil?
4. Miks tehakse elektroskoobi varras metallist?
5. Miks eraldatakse elektroskoobi varras kestast plastkorgiga?
6. Miks kaotab laetud elektroskoop laengu, kui puudutada selle varrast sõrmega?

1. Kuidas saab laetud elektroskoobi laengut vähendada esialgsest ühe neljandikuni? Milliseid katsevahendeid on selleks tarvis?
2. Elektroskoobi varrast puudutati positiivselt laetud kehaga. Elektroskoop sai elektrilaengu ning selle osuti kaldus kõrvale. Kuidas muutub osuti kalle, kui
   1. puudutada laetud elektroskoobi varrast uuesti positiivselt laetud kehaga?
   2. puudutada positiivselt laetud elektroskoobi varrast negatiivselt laetud kehaga?
3. Kapronniidi otsas ripub õhukesest metallist toruke. Kuidas teha katsevahendeid kasutamata kindlaks, kas toruke on laetud või mitte?

Tee endale naelast ja paberiribadest lihtne elektroskoop. Kontrolli, kas see töötab.

1. Hõõru erinevaid kehasid ja tee omavalmistatud elektroskoobi abil kindlaks, kas need on laetud või mitte. Kirjelda oma tegevust.
2. Tõesta omavalmistatud elektroskoobi abil katseliselt, et hõõrumisel elektriseeruvad mõlemad kehad. Kirjelda oma tegevust.
3. Lae omavalmistatud elektroskoop ja uuri, millised järgnevalt nimetatud esemetest on valmistatud laenguid juhtivast, millised mittejuhtivast ainest: puust joonlaud, kirjaklamber, kamm, pastapliiatsi südamik, võti, pliiatsisüdamik, paberi­leht, kustutuskumm. Kirjelda oma tegevust.
4. Kasutades omavalmistatud elektroskoopi, uuri, kas hõõrumise teel on võimalik elektriseerida suurt naela või metallpulka. Mida tuleks teha, et nende elektriseerumine õnnestuks?