Electrostatica

Electrostatica este știința care se ocupă cu studiul sarcinilor electrice aflate în repaus. Din punct de vedere istoric fenomenele electrostatice au fost descoperite înaintea celor electrodinamice (sau electromagnetice), care studiază sarcinile electrice în mișcare și pe baza cărora funcționează motoarele electrice. În antichitate fenomenele electrostatice au fost luate drept supranaturale și li s-au dat explicații spirituale.Un exemplu de fenomen electrostatic: frecând două materiale inițial neutre din punct de vedere electric (cum ar fi o baghetă de ebonită sau chihlimbar și o bucată de material textil sau lână), unul se încarcă pozitiv (materialul textil) și celălalt negativ (bagheta). Polii electrici opuși se atrag, deci la sfârșitul experimentului se mai poate observa și că materialul textil este atras de baghetă și aderă la ea.Încărcarea electrică se întâmplă în principal deoarece între atomii celor două materiale se formează pentru scurt timp legături chimice (ce implică transfer de electroni), care sunt apoi rupte, astfel încât unul dintre materiale rămâne cu mai mulți electroni, iar celălalt cu mai puțini decât la început. Dar la electrizare mai contribuie și alte fenomene, mai puțin înțelese.Thales din Milet, care era socotit unul din cei șapte mari înțelepți ai lumii antice, a observat, între altele, proprietatea chihlimbarului de a atrage firișoare de paie când este frecat (cel mai vechi caz cunoscut de producere a electricității statice). Această proprietate a chihlimbarului a dat mult de gândit cercetătorilor, dar au trebuit să treacă mai bine de două milenii, după Thales, până să se poată face primii pași către explicarea ei științifică. Cercetările în domeniul electricității efectuate de William Gilbert (1540-1603) cu „versorium” (primul electroscop) au permis să se facă distincția între corpurile care se electrizează prin frecare și cele care nu se electrizează. Galilei considera că savantul englez „trebuie admirat pentru numărul atât de mare de observații noi și corecte pe care le-a făcut”.Ceea ce frâna cercetările era faptul că electricitatea produsă prin frecarea unei vergele de sticlă nu putea fi generată în cantitate mare și continuu. Într-un cuvânt lipsea o bună mașină electrică. Otto de Guericke (1602-1686) a efectuat la Magdeburg o serie de experimente vestite, rezolvând în parte, printre altele, și această problemă, inventând prima mașină producătoare de electricitate. După prima mașină electrică inventată de Guericke, butelia de Leyda este al doilea tip de aparat electric care a impulsionat cercetarea într-o măsura și mai mare. Este formată dintr-un pahar de sticlă care constituie dielectricul, acoperit în exterior, până la o anumită înălțime cu o foiță de staniol care alcătuiește armătura exterioară a condensatorului. Foița metalică interioară împreună cu vergeaua metalică formează armătura interioară. Butelia de Leyda se încarcă apropiind conductorul armăturii interioare de polul mașinii electrostatice. Se acumulează astfel o mare cantitate de electricitate. Butelia se descarcă făcând legătura între armătura exterioară și cea interioară cu ajutorul excitatorului. Un alt model de condensator este format dintr-o placă izolatoare, pe fețele căreia sunt lipite foițe de staniol. Condensatorul se încarcă cu o mașină electrostatică și se măsoară potențialul cu un electroscop.

Această mașină are doi poli: o sferă metalică goală în interior numită colectorul de sarcini și o alta mai mică numită eclator. Colectorul se sprijină pe o coloană în care se află o bandă de cauciuc sau mătase cauciucată trecută peste două role cilindrice și care poate fi pusă în mișcare cu ajutorul unei manivele. Două periuțe metalice (una aflată la partea superioară, iar cealaltă la partea inferioară a mașinii) preiau sarcinile care apar pe bandă ca urmare a frecării ei cu cele două role și le transmit celor două sfere. Colectorul de sarcini se va electriza negativ, iar eclatorul se va electriza pozitiv.

Este un generator de sarcini electrice pe care le acumulează la un potențial ridicat. Mașina Wimshurst este formată din două discuri circulare de sticlă, care se rotesc în sens invers, pe care sunt lipite foițe de staniol. Discurile, datorită rotației, sunt frecate de două perechi de periuțe așezate diametral și fiecare pereche fiind situată față de orizontală la un unghi de 45 de grade. Pe diametrul orizontal, de o parte și de alta sunt doi conductori în formă de "U", prevăzuți cu vârfuri ascuțite (piepteni) îndreptați spre discuri. Fiecare dintre ei este legat la armătura interioară a unui conductor cilindric (butelie de Leyda) și la un pol al mașinii. Pieptenii culeg sarcinile electrice, iar buteliile le acumulează. Condensatorii se încarcă cu sarcini electrice de semn contrar, de aceea mașina are un pol pozitiv și unul negativ, între care se creează o diferență de potențial de câteva zeci de mii de volți.