Un elettroforo è una forma di batteria o generatore di carica elettrica statica primitiva che fu inizialmente inventata nel 1762 da un fisico svedese, Johan Wilcke, ma la funzione del dispositivo è abbastanza basilare da poter essere realizzata con una varietà di materiali comuni. Il noto personaggio politico e inventore nell’America coloniale, Benjamin Franklin, rese popolare l’idea realizzandone uno in legno, zolfo, cera e metallo peltro. Un elettroforo convenzionale è costituito da una piastra isolante, solitamente in resina o plastica di qualche tipo, sulla quale è posta una piastra metallica conduttrice. Al centro della piastra metallica è fissato un altro mezzo isolante come un bicchiere di plastica che viene utilizzato come impugnatura per impedire la scarica prematura dell’elettroforo. Le cariche elettriche statiche possono essere estratte dal dispositivo toccando fisicamente la piastra metallica, caricando momentaneamente le lampadine o per eseguire altri esperimenti.
Il principio alla base del funzionamento di un elettroforo è quello dell’effetto triboelettrico, altrimenti noto come elettricità statica immagazzinata. La piastra isolante viene prima caricata con una carica elettrica statica prima che un elettroforo venga assemblato sfregandolo contro altri materiali come la lana che indurrà una carica elettrica nella piastra isolante attraverso il processo di induzione elettrostatica. Una volta che la piastra isolante e la piastra conduttiva sono state messe insieme, la carica statica nell’isolante separa le cariche positive e negative nel conduttore metallico. Le cariche positive nel metallo vengono trascinate verso la piastra isolante e le cariche negative vengono respinte.
La carica negativa indotta nella superficie superiore della piastra metallica può quindi essere scaricata entrando in contatto fisico con il metallo, completando un circuito attraverso il corpo umano nel terreno. La carica è spesso abbastanza forte che una scintilla innocua salterà dal metallo al dito prima del contatto, oppure i cavi di una piccola lampadina possono essere posizionati tra le due superfici per accenderla temporaneamente mentre la carica si dissipa. Le versioni grandi dell’elettroforo accenderanno anche momentaneamente una lampadina fluorescente a forma di tubo se un’estremità viene tenuta in una mano e l’altra è tenuta vicino alla piastra metallica carica.
Uno degli aspetti unici di un elettroforo che lo rende una popolare dimostrazione di principi elettrici è che la piastra isolante agisce in modo simile a condensatori più sofisticati o unità di accumulo elettrico nei circuiti elettronici comuni. A differenza dei condensatori tipici, tuttavia, la piastra isolante contiene una carica che non viene esaurita dal processo di scarica statica nella piastra metallica. Dopo che si è verificata la scarica polarizzata di energia della piastra metallica, se la piastra metallica viene rimossa dalle vicinanze della piastra isolante, quindi riposta sopra di essa, la separazione di carica nel metallo si ripeterà mentre l’isolante mantiene ancora la sua carica.
Questo processo sembra dimostrare l’idea dell’energia libera proveniente dal nulla, poiché la carica statica viene continuamente rinnovata e scaricata indipendentemente da quante volte la piastra metallica viene rimossa e quindi rimessa sopra la piastra isolante. In realtà, l’energia si conserva perché il lavoro di allontanare fisicamente la piastra metallica e poi sostituirla introduce energia potenziale nel sistema elettroforo, che viene poi convertita in energia cinetica quando avviene una scarica o una scintilla. Grandi versioni di elettroforo sono conosciute come generatori Van de Graaf, che sono in grado di produrre tensioni elettrostatiche nell’intervallo fino a 2,000,000 di volt, come quella creata dallo stesso fisico statunitense Dr. Robert Van de Graaf nei primi anni ‘1930.