Elettroscopi: tipi (pith ball, foglia d'oro, rotazione), funzionamento e applicazioni

Principio fisico

L'elettroscopio rileva cariche elettriche tramite forze elettrostatiche (attrazione/repulsione) su elementi mobili leggeri. Non misura quantitativamente (per quello: elettrometro/voltmetro).

Tre tipi classici

1. Elettroscopio a palla di midollo (Pith Ball Electroscope)

• Struttura: piccola sfera leggera (midollo vegetale, polistirolo conduttivo, carta alluminio) sospesa a filo di seta/nylon da supporto isolante.
• Funzionamento: oggetto carico avvicinato → attrazione (induzione: cariche opposte lato vicino). Se oggetto tocca palla → conduzione: palla acquisisce stessa carica → repulsione se riavvicinato stesso segno. Permette test polarità (con palla carica nota).
• Uso: dimostrazioni base, rivelazione carica qualitativa.

2. Elettroscopio a foglia d'oro (Gold Leaf Electroscope)

• Struttura: vaso vetro (gabbia di Faraday parziale), asta conduttrice (ottone) con due fogliette d'oro (o alluminio) sottilissime all'estremità inferiore. Piastra metallica superiore per contatto. Terra opzionale.
• Funzionamento: oggetto carico tocca/vicino piastra → carica si distribuisce su asta e foglie → repulsione foglie (divergono). Grado divergenza ∝ quantità carica. Sensibilità >> pith ball.
• Uso: laboratorio didattico, rivelazione carica quantitativa relativa, test materiale radioattivo (ionizzazione aria → scarica foglie).

3. Elettroscopio a rotazione (Spin Electroscope)

• Struttura: piatto isolante, asta verticale metallica, braccio orizzontale perpendicolare in cima con due estremità inclinate (alette). Libero di ruotare su perno a basso attrito.
• Funzionamento: oggetto carico avvicinato → induzione cariche su aletta → coppia elettrostatica → rotazione. Direzione rotazione indica segno carica (legge attrazione/repulsione).
• Uso: dimostrazione elettricità statica scuole, rivelazione campo elettrico.

Elettrometri / Voltmetri elettrostatici

Elettroscopi con scala graduata per misura quantitativa differenza potenziale (volt) o carica (coulomb). Es: elettrometro a foglia d'oro con microscopio lettura, elettrometro a quadrante (Kelvin), elettrometro a vibrazione (vibrating reed) per misure alta precisione/impedenza.

Applicazioni storiche e didattiche

• Scoperta elettricità positiva/negativa (Du Fay).
• Esperimenti Franklin (fulmine = elettricità).
• Misura radiazione ionizzante (ionizzazione aria → scarica) - precursore dosimetri.
• Insegnamento: induzione, conduzione, polarità, conservazione carica, gabbia di Faraday.