Elettrometro - che cos'è? Ci sono molti tipi diversi, che vanno da rari strumenti meccanici fatti a mano a dispositivi di precisione. I moderni elettrometri e altri dispositivi di misurazione sono assemblati utilizzando la tecnologia del tubo a vuoto o dello stato solido. Possono essere utilizzati per misurare la tensione e la carica con correnti di dispersione molto basse, fino a 1 femtoamp. L'elettroscopio è un dispositivo più semplice. Funziona su principi simili, ma mostra solo i valori di sollecitazione relativi. Cosa misurano un elettrometro e altri strumenti?
Cronologia di questo dispositivo
Il primo metro potenziale può essere chiamato "Piazza precoce" o semplicemente "Piazza". Sebbene il termine alla fine si riferisse alla versione Kelvin, fu usato per la prima volta per descrivere un dispositivo più semplice. Cosa misura un elettrometro e in cosa consiste?
È costituito da un tronco d'albero eretto a cui è attaccato un semicerchio d'avorio. Una palla di sughero leggera pende dal centro su un cardine. Quando lo strumentoposto su un corpo carico, lo stelo partecipa e respinge la pallina di sughero. La quantità di repulsione può essere letta da un semicerchio graduato, sebbene l'angolo misurato non sia direttamente proporzionale alla carica. I primi inventori includevano William Henley e Horace-Benedetto de Saussure.
E chi è stato il "pioniere" degli elettroscopi?
E l'elettroscopio e l'elettrometro: cos'è e quale era migliore? Il primo elettroscopio a foglia d'oro è stato di gran lunga il primo. Un tale dispositivo può essere trovato nel mondo reale in alcune conferenze scientifiche, ma in generale è stato sostituito ovunque da una versione tecnologicamente più avanzata. A differenza dell'elettrometro, svolgeva più spesso il ruolo di sensore che di strumento di misura.
Lo strumento stesso è costituito da due sottili fogli di lamina d'oro sospesi a un elettrodo. Quando viene caricata per induzione o contatto, le foglie acquisiscono le stesse cariche elettriche e si respingono a causa della forza di Coulomb. La loro separazione è un indicatore diretto dell'energia netta accumulata. Pezzi di carta stagnola possono essere incollati sul vetro di fronte alle foglie in modo che quando le foglie sono completamente separate, possano cadere nel terreno. I petali possono essere racchiusi in una "busta" di vetro per proteggerli dalle correnti d'aria. Per ridurre al minimo le perdite di carica, questo involucro è isolato. Un' altra causa di perdita sono le radiazioni ionizzanti, quindi l'elettrometro deve essere circondato da uno schermo di piombo per prevenirlo.
Lo strumento è stato sviluppato nel 18° secolo da diversiricercatori tra cui Abraham Bennett e Alessandro Volta.
Modelli di Peltier e Bonenberger
Il dispositivo di misurazione Bonenberg è costituito da un'unica lamina d'oro sospesa verticalmente tra un anodo e un catodo a pila secca. Qualsiasi carica impartita alla foglia d'oro la fa muovere verso un polo o l' altro. Cosa misura l'elettrometro Bonenberg? Il segno della particella carica, così come il suo valore approssimativo.
L'elettrometro Peltier utilizza una forma di bussola magnetica per misurare la deflessione bilanciando la forza statica con un ago magnetico.
Dispositivi moderni
Il moderno elettrometro è un voltmetro altamente sensibile la cui impedenza di ingresso è così grande che la corrente che vi scorre può essere considerata zero per la maggior parte delle applicazioni quotidiane.
Cosa misura un elettrometro e qual è la sua resistenza? Il valore effettivo della resistenza di ingresso per i dispositivi moderni è di circa 1014 ohm, rispetto a 1010 ohm per i nanovoltmetri. A causa dell'impedenza di ingresso estremamente elevata, è necessario applicare speciali considerazioni di progettazione per evitare la dispersione di corrente.
Tra gli altri usi, gli elettrometri sono usati negli esperimenti di fisica nucleare perché sono in grado di misurare le minuscole cariche rimaste nella materia quando passano le radiazioni ionizzanti. L'applicazione più comune dei dispositivi moderni è la misurazione della radiazione utilizzando camere di ionizzazione in strumenti come contatori. Geiger.
Elettrometro a valvola
Le versioni a valvole utilizzano un tubo a vuoto specializzato con guadagno e impedenza di ingresso molto elevati. La corrente di ingresso può fluire nella griglia di impedenza e la tensione così generata viene notevolmente amplificata nel circuito dell'anodo (piastra). Le valvole progettate per l'uso con elettrometri hanno correnti di dispersione di pochi femtoamp (10-15 ampere). Queste valvole devono essere maneggiate con i guanti, poiché i sali rimasti sull'involucro di vetro possono creare percorsi di perdita per queste minuscole correnti.
In un circuito specializzato chiamato "triodo invertito", i ruoli di anodo e griglia sono invertiti. Ciò posiziona l'elemento di controllo il più lontano possibile dalla regione di carica spaziale che circonda il filamento, riducendo al minimo il numero di elettroni raccolti dal circuito di controllo e riducendo così al minimo la corrente di ingresso.
Gli elettrometri più avanzati
La maggior parte degli strumenti di misura moderni è costituita da un amplificatore a stato solido che utilizza uno o più FET, connessioni per il collegamento di dispositivi di misura esterni e solitamente una connessione. Per un elettrometro a stato solido, la foto è mostrata sopra.
L'amplificatore amplifica una piccola corrente per facilitarne la misurazione. Le connessioni esterne sono generalmente di design coassiale o triassiale e consentono l'installazione di diodi o camere di ionizzazione per misurare le radiazioni ionizzanti. I collegamenti a un display oa un'apparecchiatura di registrazione dei dati consentono all'utente di visualizzare i dati o registrarli per un'analisi successiva.
Gli elettrometri progettati per l'uso con camere di ionizzazione possono includere un alimentatore ad alta tensione utilizzato anche per polarizzare la camera di ionizzazione.
