Электрометр как работает кратко
Обновлено: 06.07.2024
Для измерения заряда используют электроскоп и электрометр. Эти приборы позволяют определить знак заряда, а, так же, оценить величину заряда.
Электроскоп
Электроскоп позволяет обнаружить электрический заряд и оценить его величину приблизительно.
Рис. 1. Электроскоп содержит металлический стержень, к которому с одной стороны прикреплена чаша, а с другой – две полоски бумаги. Некоторые электроскопы снабжены шкалой
Устроен прибор так. Металлический стержень вертикально входит в металлический корпус (рис. 1).
К стержню с одной стороны присоединена чаша, изготовленная из металла. Чаша находится в верхней части стержня, за пределами корпуса электроскопа.
А к другому концу стержня, находящемся внутри корпуса, присоединены две тонкие полоски бумаги.
Между стержнем и корпусом находится пробка из пластмассы. Она не дает заряду со стержня стекать на корпус.
В корпусе с двух сторон присутствуют стеклянные окошки, чтобы можно было наблюдать за поведением бумажных полосок.
Так же, в корпус встроена шкала с делениями. Она помогает оценивать углы, на которые бумажные полоски расходятся.
Некоторые электроскопы имеют боле простую конструкцию (рис. 2). В них стержень с листочками помещается в стеклянную колбу. Шкала в таких простейших приборах не предусмотрена.
Рис. 2. Самодельный электроскоп не содержит шкалы, металлический стержень с полосками бумаги помещен в стеклянную колбу
Как пользоваться электроскопом
Рассмотрим незаряженный электроскоп. Поднесем к его чаше натертый шерстью кусочек эбонита. Листочки при этом разойдутся в стороны (рис. 3). Первоначальное положение листочков обозначено на рисунке пунктирными линиями.
Рис. 3. Когда к чаше незаряженного электроскопа подносят заряженное тело, полоски бумаги расходятся в стороны
Чем больше заряд поднесенного наэлектризованного тела, тем на большие углы расходятся полоски бумаги.
Зарядим теперь электроскоп положительным зарядом. Для этого прикоснемся к его чаше кусочком стекла, натертого о шелк.
Прикоснувшись к чаше электроскопа, можно передать ему заряд. Чем больше заряд, тем сильнее отклоняются листочки.
Поднесем теперь к чаше положительно заряженного прибора тело, имеющее такой же — положительный знак заряда. Прикасаться телом к чаше не будем.
Мы увидим, что листочки разойдутся в стороны еще больше (рис. 4).
Рис. 4. К чаше заряженного (+) электроскопа подносят (+) заряженное тело, полоски отклоняются сильнее
Если же к чаше заряженного прибора поднести заряд противоположного знака, угол между его листочками уменьшится (рис. 5).
Рис. 5. К чаше заряженного (+) электроскопа подносят (-) заряженное тело, полоски сближаются, уменьшая угол отклонения
Зная знак заряда электроскопа, можно определить знак заряда тела.
По углу отклонения бумажных полосок можно судить о том, уменьшился или увеличился заряд электроскопа.
Чем больше угол, тем больше наэлектризован прибор, тем больший заряд находится на нем.
Электрометр
Еще один прибор, с помощью которого можно оценить заряд, называется электрометром.
Его устройство отличается от электроскопа тем, что вместо полосок бумаги содержит легкую металлическую стрелку (рис. 6). Она хорошо сбалансирована и может вращаться, отклоняясь от стержня на различные углы. Ось вращения стрелки проходит через ее центр, а максимальный угол отклонения составляет около 90 градусов.
Когда мы сообщаем электрометру заряд, стрелка от стержня заряжается, отталкивается от него и отклоняется на некоторый угол.
Электрометр обладает несколько большей чувствительностью по сравнению с электроскопом. Во всех конструкциях электрометров обязательно присутствует шкала.
Электрометр - прибор для обнаружения электрических зарядов и приблизительного определения их величины.
Электрометр позволяет определить, заряжено тело или нет. Для это необходимо поднести тело к шару(1), и в случае если тело заряжено стрелка отклонится.
Почему же стрелка отклоняется? Предположим, что тело обладало отрицательным зарядом. Следовательно на теле был избыток электронов. При соприкосновении с шаром, часть электронов переместилась на электрометр. При этом шар стал отрицательно заряженным.
Поскольку шар(1) соединен со стержнем(2), а тот в свою очередь со стрелкой(6), и все они являются проводниками, электроны переместились на стержень и стрелку. Пластмассовая пробка(4) необходима для изоляции системы шар, стержень, стрелка.
В результате стержень и стрелка получили одноименный отрицательный заряд. Следовательно они будут отталкиваться и стрелка отклонится. Причем, чем больше заряд тем больше отклонение стрелки.
Электрометр позволяет только оценить величину заряда, т.е. сказать у одного тела заряд больше, чем у другого. С помощью электрометра нельзя определить наличие маленького заряда, т.к. при малом заряде, силы отталкивания, одноименных зарядов, будет недостаточно для отклонения стрелки.
Почему стрелка возвращается в исходное положение, при отсутствии заряда? Точка подвеса стрелки находится выше центра тяжести, поэтому стрелка будет стремится принять вертикальное положение.
Электризация влиянием
Электризация влиянием - вид электризации, происходящий в результате воздействия внешнего электрического поля на вещество, в результате которого, происходит перераспределение электрического заряда. Поднесем положительно заряженную палочку к электрометру (заряд которого равен нулю), но касаться электрометра не будем. Стрелка электрометра отклонится. Почему это происходит, ведь мы не касаемся электрометра? Воздух является хорошим диэлектриком и заряд не мог перетечь с палочки на электрометр.
Поскольку стрелка, стержень и пар электрометра являются проводниками, в них присутствуют свободные отрицательно заряженные частицы - электроны. Когда мы подносим положительный заряд к шару, свободные электроны будут притягиваться к этому заряду и перемещаться на более близкое расстояние к заряду, в результате чего в шаре окажется избыточный отрицательный заряд. В нижней же части электрометра, т.е. в стрелке и нижней части стержня, будет избыточный положительный заряд. Одноименные заряды будут отталкиваться и стрелка отклонится.
Если палочку с положительным зарядом убрать, то электрометр снова покажет нулевой заряд. Т.е. в результате взаимодействия электрического поля положительно заряженной палочки, внутри электрометра произошло перераспределение заряда и суммарный заряд остался исходным (равным нулю).
В основу работы данного прибора положен тот факт, что одноименно заряженные тела отталкиваются.
Устройство электроскопа
Электроскоп, который мы собираемся рассмотреть, состоит из двух золотых листочков внутри корпуса (см. рисунок 1 ниже). Золотые листочки не имеют контакта с корпусом. Они висят на металлическом стержне в центре корпуса. Изолятор обеспечивает изоляцию металлического стержня (а значит, и двух золотых листочков) от корпуса. В этой конструкции оба золотых листочка подвижны.
По отклонению листочков электроскопа можно определить также, увеличился или уменьшился его заряд. Чем больше угол, на который разойдутся листочки электроскопа при его электризации, тем сильнее он наэлектризован. Значит, тем больший электрический заряд на нём находится.
В конструкции, которая очень похожа на эту (рисунок 1 — справа), подвижным является только металлическая стрелка, которая также связана с областью вне корпуса с помощью металлического стержня. Эта конструкция также называется стрелочным электроскопом. Если конструкция также имеет калиброванную шкалу, то весь прибор называется электрометром.
Другими словами, электрометром можно назвать прибор, основной частью которого является легкая металлическая стрелка (чаще всего алюминиевая), которая может вращаться вокруг вертикальной оси. По углу отклонения стрелки электрометра можно судить о величине заряда, переданного стержню электрометра. Проградуированным прибором можно определять значения электрического заряда.
Рис.1. Конструкция электроскопа
Еще одна конструкция электроскопа описана в школьном учебнике по физике за 8 класc [1]:
Электроскоп представляет собой стеклянный баллон, внутри которого сквозь пробку вставлен металлический стержень. К концу стержня прикреплены легкие бумажные листочки. Снаружи к стержню прикреплен металлический шарик. При передаче шарику электроскопа, например, отрицательного заряда мы заряжаем этим зарядом листочки электроскопа. Одноименно заряженные листочки расходятся на некоторый угол, тем больший, чем больше переданный электроскопу заряд.
Как работает электроскоп?
Теперь вы знаете конструкцию электроскопа. Но как именно работает электроскоп? Для этого нам понадобятся знания о электростатической индукции и отталкивании одноименных электрических зарядов. Рассмотрим эти явления ниже.
Электростатическая индукция (электризация через влияние).
Чтобы объяснить суть электростатической индукции, представьте, что перед вами два металлических стержня (см. рисунок 2). Один из двух стержней не заряжен, а другой несет положительный заряд.
Рис. 2. Иллюстрация электростатической индукции (слева) и передачи заряда через контакт (справа)
Закон Кулона.
На данный момент не хватает только ответа на вопрос, почему одноименные заряды отталкиваются друг от друга и как эти два явления (электростатическая индукция и отталкивание одноименных зарядов) объясняют принцип работы электроскопа.
Тот факт, что одноименные заряды отталкивают друг друга, был экспериментальным наблюдением. Шарль Огюстен де Кулон смог вывести математическую зависимость для силы, действующей между двумя зарядами на определенном расстоянии, путем эксперимента с вращающимися весами. Эта математическая зависимость называется законом Кулона (сила называется — силой Кулона). Как формулируется этот закон, — для данной статьи не важно. Важно лишь то, что одноименные заряды отталкиваются друг от друга.
Рис. 3. Иллюстрация электростатического притяжения и отталкивания зарядов
Как это все работает в электроскопе?
Мы выше описали необходимые нам явления. Теперь давайте посмотрим, как они объясняют принцип работы электроскопа.
Теперь возьмите предмет, который вы хотите проверить на наличие электрического заряда. Предположим, что объект электрически заряжен. Вы начинаете приближать его к металлическому стержню. Это приводит к смещению заряда внутри металлического стержня. Электростатическая индукция приводит к тому, что два золотых листочка имеют заряд одного и того же знака.
В результате два листочка отталкиваются друг от друга, и вы, тем самым, успешно демонстрируете электрический заряд. Обратите внимание, что вы знаете только то, что объект электрически заряжен. Однако вы не можете утверждать, является ли он положительно или отрицательно заряженным.
Рис. 4. Как работает электроскоп
Возможно, вам интересно, как можно определить, является ли объект (тело) положительно или отрицательно заряженным. Для этого вы заряжаете электроскоп отрицательно (рисунок 5), например, через контакт, что приводит к некоторому отталкиванию золотых листочков друг от друга. Если теперь вы поднесете предмет близко к металлическому стержню, и золотые листочки будут отталкиваться друг от друга сильнее, то вы узнаете, что предмет заряжен отрицательно. С другой стороны, если отталкивание меньше, то объект заряжен положительно.
Рис. 5. Электроскоп для определения является ли объект положительно или отрицательно заряженным
Действие электрометра основано на отталкивании одноимённо заряженных тел. Если сообщить стержню электрический заряд любого знака — например, коснувшись сферы заряженной палочкой, то часть заряда через металлическую ось перейдёт со стержня на стрелку, вследствие чего стрелка начнёт отталкиваться от стержня и отклонится на некоторый угол.
Типы электроскопов.
Помимо электроскопа с золотыми листочками, существует множество различных конструкций. К ним относятся стрелочный электроскоп, двойной стрелочный электроскоп, электроскоп с фольгой, капиллярный электрометр. Хотя все конструкции звучат по-разному, основные принципы их работы схожи с теми, которые мы объяснили вам в этой статье.
Электро́метр — прибор, служащий для измерения электрического потенциала. Приборы этого рода могут служить для двоякой цели: менее точные, электроскопы, обнаруживают присутствие заряда на теле и дают возможность судить о потенциале тела весьма грубо; более точные — электрометры, позволяют определить потенциал в принятых единицах.
Содержание
Механические электрометры
Первый электроскоп изобрёл итальянский физик А.Вольта: прибор состоял из металлического стержня, пропущенного через каучуковую пробку, которая закрывала стеклянную бутылку. Верхний конец металлического стержня оканчивался металлическим шариком, а к низшему концу, находящемуся внутри бутылки, привешивались 2 соломинки. При соединении прибора с наэлектризованным телом, соломинки, как тела, наэлектризованные одноименно, отталкивались, и таким образом, можно было судить, заряжено данное тело или нет. Дальнейшее усовершенствование приборов этого рода состояло в том, что вместо соломинок стали привешивать листки из тонкой бумаги или же тонкие золотые листочки, вследствие чего появилась возможность обнаруживать слабые заряды на телах.
В начале 20 века наиболее употребляемыми и удобными из приборов этого рода были электроскопы Б. Ю. Кольбе . [1]
Механические электрометры в настоящее время применяются почти исключительно в учебных целях. В науке и технике они широко применялись ещё в первой трети 20 века (в частности, в исследованиях радиоактивности и космических лучей с помощью электрометров измерялась скорость потери заряда, вызванная ионизацией воздуха ионизирующими излучениями).
Современные электрометры
Современные электрометры являются электронными вольтметрами с очень высоким входным сопротивлением, достигающим 10 14 ом .
Ламповый электрометр
Твердотельный электрометр
Примечания
- ↑ Индриксон Ф. Электрометр // Энциклопедический словарь / Брокгауз Ф., Ефрон И. СПб., 1904. С. 547-551
Wikimedia Foundation . 2010 .
Полезное
Смотреть что такое "Электрометр" в других словарях:
электрометр — электрометр … Орфографический словарь-справочник
ЭЛЕКТРОМЕТР — (от электричество, и греч. metreo меряю). Прибор для измерения количества электричества в каком либо теле или вообще напряжения электричества. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ЭЛЕКТРОМЕТР от… … Словарь иностранных слов русского языка
электрометр — а, м. électromètre m. Прибор для измерения электрического потенциала. БАС 1. Физики изобрели орудия, служащия к измерению .. разстояний и свойств электрических Громоносных материй. Орудия сии известны под названиями: Электрометр и Громометр. МНИ… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
ЭЛЕКТРОМЕТР — ЭЛЕКТРОМЕТР, прибор, снабженный электрическим контуром для измерения разности ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕНЦИАЛОВ (напряжений) без заметных потерь тока. Современные электрометры являются усилителями напряжения. см. также РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ, ВОЛЬТМЕТР.… … Научно-технический энциклопедический словарь
ЭЛЕКТРОМЕТР — ЭЛЕКТРОМЕТР, электрометра, муж. (от слова электричество и греч. metreo мерю) (физ.). Прибор для измерения электрического напряжения. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
электрометр — сущ., кол во синонимов: 1 • гигроэлектрометр (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
электрометр — [IEV number 313 01 04] EN electrometer instrument intended to detect or measure a voltage, absorbing negligible energy [IEV number 313 01 04] FR électromètre appareil destiné à détecter ou mesurer une tension,… … Справочник технического переводчика
ЭЛЕКТРОМЕТР — а; м. [от сл. электрический и греч. metron мера] Электрический прибор для измерения разностей электрических потенциалов небольших электрических зарядов и слабых токов. * * * ЭЛЕКТРОМЕТР ЭЛЕКТРОМЕТР (от электричество (см. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО) и греч.… … Энциклопедический словарь
Электрометр — (от Электро. и . метр прибор, предназначенный для измерения разностей электрических потенциалов, небольших электрических зарядов, очень малых токов (вплоть до 10 15 а) и других электрических величин, когда необходимо обеспечить… … Большая советская энциклопедия
электрометр — elektrometras statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Graduotas elektroskopas. atitikmenys: angl. electrometer vok. Elektrometer, n rus. электрометр, m pranc. électromètre, m … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
Читайте также: