ГРАВИТАЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОМЕТР

Полезная модель относится к измерительным приборам. Она предназначена для измерения заряда наэлектризованного тела, определения его полярности, а так же для непрерывной многомесячной регистрации величины заряда наэлектризованного тела, полученной при неизменных технических условиях в процессе измерений, но меняющейся в зависимости от меняющихся лунно-солнечных вариаций расстояний до неизменной точки наблюдения.
Известны и наиболее распространены струнные и квадрантные электрометры. Описание их содержится в следующей литературе: «Курс электрических измерений», под ред. В.Т.Прыткова и А.В.Галицкого ч. 1, М. - Л. 1960; Векслер М.С.«Электростатические приборы» М. - Л., 1964; « Основы электроизмерительной техники» под ред. М.И.Левина, М., 1972. В струнном электрометре измеряемое напряжение подается на платиновую нить (струну) и неподвижные электроды. Под действием сил электрического поля нить прогибается; перемещение нити, служащее мерой измеряемой величины, наблюдается в микроскоп. Недостатком является недостаточная точность измерений и не совсем понятно в каких единицах выражаются измерения.
В качестве ближайшего аналога заявленному техническому решению (прототипа) выбран электрометр, описание которого есть в пособии для учителей «Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе» под ред. В.А.Бурова, Б.С.Зворыкина, А.П.Кузьмина; часть 1. - М.; Просвещение, 1979. Электрометр представляет собой цилиндрический застекленный с обеих сторон металлический корпус, укрепленный на изолирующей подставке. Через изолирующую втулку внутрь корпуса проходит металлическая трубка, заканчивающаяся стержнем с установленной на нем стрелкой-указателем. Стрелка хорошо выделяется на фоне заднего матового стекла, на котором нанесена шкала с делениями. Для соединения проводником металлического корпуса электрометра с землей служит отверстие в верхней части подставки. Если подносить заряженное тело к металлической трубке, то стрелка будет отталкиваться от одноименно заряженной трубки. По углу отклонения можно судить о величине заряда. Недостатки у этого электрометра такие же, как и у струнного.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение точности измерений и обеспечение неизменности технических условий при производстве измерений, что расширяет функциональные возможности. Принцип действия гравитационного электрометра заключается в том, что предметы притягиваются к
источнику электростатического поля и уменьшаются в весе. Сила притяжения зависит от площади взаимодействия предмета и источника, расстояния между ними, материалов, применяемых при электризации посредством трения, времени электризации и времени взаимодействия. Все это является техническими условиями при производстве измерения. Повышение точности измерений достигается тем, что в качестве регистрирующего устройства используются электронные весы. Точность и чувствительность зависит от выбора весов. Есть весы, цена деления которых составляет 0,0001 г. Неизменность технических условий при производстве замеров необходима для выявления еще одного фактора, влияющего на показания измерений, который проявляется при непрерывной ежемесячной регистрации величины заряда наэлектризованного тела. Так, при неизменности технических условий при производстве замеров, среднемесячные результаты измерений, проведенных в зимнее время, во много раз превышают результатов измерений, проведенных в летние месяцы. Неизменность технических условий обеспечивается применением неизменного предмета (эталонной массы), подлежащего взвешиванию и стабилизационной крышки. Выполнение крышки, фиксируемой на корпусе электронных весов, исключает смещение участка создания электростатического поля крышки относительно места расположения эталонной массы на платформе весов и обеспечивает одинаковое расстояние между ними при каждом измерении. Крышка изготовлена из электризующейся прозрачной пластмассы. Прозрачность нужна для того, чтобы видеть показания на дисплее электронных весов.
На фигуре 1 представлен электрометр в корпусе.
На фигуре 2 представлена эталонная масса.
На фигуре 3 представлена стабилизационная крышка.
Электрометр содержит корпус 1, регистрирующее устройство 2, стабилизационную крышку 3, эталонную массу 4, место расположения эталонной массы 5, участок создания электростатического поля 6 на крышке 3, дисплей регистрации значений 7, пазы 8 для фиксирования крышки 3.
Электрометр работает следующим образом. В качестве эталонной массы используется алюминиевая пластина длиной 26 мм, шириной 24 мм, толщиной 0,5 мм, весом 1,31 г. эталонная масса 4 помещается на регистрирующее устройство 2, на место расположения эталонной массы 5. В качестве регистрирующего устройства 2 могут применяться карманные весы модели SL-100A с ценой деления 0,01 г. Трением о натуральную кожу электризуется участок создания электростатического поля 6 на крышке 3, выполненной из прозрачного пластмассового материала. Время электризации всегда должно быть равным 3 сек. Фиксируют крышку 3 на корпусе 1, устанавливая ее в пазах 8. При этом участок
создания электростатического поля 6 должен строго располагаться над эталонной массой 5, не соприкасаясь и находясь над ней на определенном расстоянии, равном высоте от эталонной массы до внутренней поверхности крышки 3. Площадь участка создания электростатического поля 6 равна площади эталонной массы 5. При фиксации крышки 3 на корпусе 1 вес эталонной массы 1,31 г. начинает уменьшаться. После фиксации наименьший вес, установившийся на дисплее, является зачетным. Он начинает увеличиваться по мере разряжения наэлектризованной площади 6 и стремиться к эталонному 1,31 г. Разность между эталонным весом и зачетным является результатом измерения электрического заряда, появившегося после электризации площади 6 в данный момент времени. Так производятся измерения при непрерывной многомесячной регистрации величины заряда наэлектризованного тела. Функция прототипа по определению полярности какого-нибудь другого наэлектризованного тела этим электрометром выполняется следующим образом. Во время, когда зачетный вес начинает увеличиваться, к площади 6 зафиксированной крышки 3 поднести какое-нибудь другое наэлектризованное тело, то по увеличению или уменьшению показаний на дисплее можно определить полярность этого другого тела, зная, что полярность наэлектризованной площади 6 минусовая. Другую функцию прототипа - измерение заряда наэлектризованного тела - этим электрометром можно выполнять без применения стабилизационной крышки 3. Эталонная масса 4 помещается на регистрирующее устройство 2 и к ней подносится любое другое наэлектризованное тело так, чтобы не было соприкосновения с массой. По уменьшению показаний на дисплее можно судить об электрическом заряде этого тела. Следует отметить, что регистрирующее устройство прототипа имеет всего семь делений, а точность рассматриваемого электрометра имеет 131 деление во вполне определенных единицах измерений - граммах.
Как уже выше отмечалось, при непрерывной многомесячной регистрации величины заряда наэлектризованного тела при неизменности технических условий в разное время регистрируются разные показания. Годовые графики, построенные на среднемесячных результатах измерений, близки к синусоиде. А средние ежемесячные расстояния по орбите Земли относительно Солнца являются синусоидой. Этот факт (с поправкой на Луну), в сочетании со способом получения результатов электростатических измерений, указывает на прямую связь гравитационных и электростатических полей.