Електрометар

Електрометар – мерен инструмент кој го покажува присуството и количината на електричен полнеж на некое тело, т.е. го мери степенот на наелектризираност на телото. Постојат различни видови електрометри, од историските електроскопи со баждарена скала изработувани рачно, до електронски електрометри со голема прецизност.
Интересно е дека електрометарот всушност е кондензатор со скала и затоа со секој електрометар може да се мери не само електричниот полнеж, туку и напонот.
1 Електричен полнеж
Воспоставено гледиште е дека сите тела во нормална состојба се електрични неутрални и дека тие можат да наелектризираат со триење или друга постапка, така што се јавува еден или друг вид електрицитет. Конвенционално е усвоено дека електрицитетот кој се добива кога стаклена шипка се протрие со свилена ткаенина, се нарекува позитивен електрицитет, а негативен електрицитет спротивниот вид, кој се добива кога ебонитно стапче се протрие со крзно. Бидејќи е утврдено дека неутрално тело може да се наелектризира ако се допре со веќе наелектризирано тело, т.е. дека електрицитетот може да преминува од тело на тело, во почетокот на развојот на науката за електрицитет се сметало дека електрицитетот е некој вид флуид кој преминува од тело на тело. Покрај ова, утврден е и фактот дека електрицитетот поминува низ некои тела. Меѓу нив на прво место спаѓаат металите, додека кај други тела поминувањето на електрицитетот е незначително. Телата низ кои поминува електрицитетот се наречени електроспроводници, а другите изолатори.
Кога позитивно наелектризирана шипка се принесе доволно близу до електроскоп, доаѓа до прераспределба на електричниот полнеж и ливчињата на електроскопот наелектризирани со истоимен електричен полнеж, се одбиваат. Кога шипката го допре електроскопот, електроните од куглата на електроскопот преминуваат на шипката привлечени од нејзиниот вишок позитивен електричен полнеж и го неутрализираат. Со тргање на шипката, електроскопот има недостаток на електрони, односно електроскопот е позитивно наелектризиран. При електризирање со допир, електроните кои се наоѓаат на површината на едниот материјал, преминуваат на другиот.
2 Класични видови електрометри
Класичниот електрометар се состои од метално куќиште со пречник од околу 20 cm (како на сликата) кое од едната страна е затворено со стакло за да се спречи влез на прашина. Во куќиштето се наоѓа стрелка и мерна скала. Стрелката преку изолатор е поврзана со електрода која се наоѓа вон куќиштето. Стојалото на кое се наоѓа куќиштето е заземјено. Ако на електрода над куќиштето, ѝ приближиме наелектризирано тело, стрелката на мерната скала ќе се помести заради делувањето на електростатичките одбивни сили меѓу полнежите кои се распоредени на стрелката и на носачот на стрелката. Во зависност од количината електричен полнеж, се менува поместувањето. Скалата не е линеарна.
2.1 Електроскопи со златни ливчиња
Електроскопот со златни ливчиња е најстариот мерен инструмент на електричен полнеж. И денес се користи во наставата по физика за демонстрација на принципот на електростатиката. Електроскопот со златни ливчиња се состои од две електроди. Надворешната електрода е метално куќиште со прозорец, а внатрешната е централна метална електрода на чиј долен крај се наоѓаат две златни или алуминиумски ливчиња, а на горниот крај е плоча или кугличка. Кога наелектризираниот предмет ја допре шипката на електроскопот, дел од електричниот полнеж преминува на шипката и таа се електризира со полнеж со ист знак. Преку шипката се електризираат и ливчињата, а бидејќи тогаш се истоимено наелектризирани, се појавува одбивна електрична Кулонова сила меѓу нив и ги раздвојува. Ако куќиштето во кое се наоѓаат ливчињата се затвори со стакло и вакуумира, поместувањето на ливчињата нема да го спречува отпорот на воздухот и кога ќе се постави баждарена скала во такво уред, истиот ќе може да се користи за мерење на интензитетот на наелектризираност на ливчињата, а со тоа и на почетниот наелектризиран предмет. Опишаниот уред кој нема скала е електроскоп.
2.2 Одбивни електрометри
Овој вид електрометри се заснова на истото начело како и електроскопот со златни ливчиња. Разликата е во тоа што одбивниот електрометар користи и торзиона вага и има поголема осетливост на електричниот полнеж.
2.3 Привлечни електрометри
Привлечните електрометри се високоосетливи електрометри кои го мерат привлекувањето на наелектризираните дискови. Првата верзија на привлечниот електрометар го унапредил лорд Келвин.
2.4 Квадратни електрометри
Пронаоѓач на квадратните електрометри е лорд Келвин. Првиот квадратен електрометар бил конструиран во 1867 година. Квадратните електрометри се најосетливо од сите механички уреди за мерење на степенот на наелектризираност на телата.
И според изгледот тој се разликува од претходните електрометри. Во четириаголна месингана кутија, на торзиона вага висел тенок слој алуминиум. Секоја квадратна четвртина на кутијата електрично е поврзана со дијагонално спротивната четвртина на кутијата.
На ваков механизам се ослонил Фарадеј при изработката на својата апаратура позната како Фарадеев кафез. Фарадеевиот кафез претставува простор ограничен со некој спроводлив материјал или мрежа направена од таков материја кој има особина да го блокира надворешното статично електрично поле. Електрицитетот во електроспроводникот не постои во внатрешноста на спроводникот. Причина за оваа појава е фактот дека електрицитетот се распоредува по површината на начин што го поништува електричното поле во внатрешноста.
3 Модерни видови електрометри
Поновите електрометри претставуваат високоосетливи електронски волтметри. Истите, покрај другото, се користат во експерименти во јадрената физика заради својата висока осетливост.
3.1 Електрометри од вибрирачка трска
Електрометрите од вибрирачка трска користат електричен кондензатор меѓу две шетачки електроди и фиксирана влезна електрода. Како што се менува растојанието меѓу електродите, се менува и електричниот капацитет, а со тоа и напонот, па низ колото минува струја со променлива јачина.
3.2 Вентилни електрометри
Електрометрите со вентили користат специјална вакуумска цевка со многу големо излезно засилување и влезен отпор. Со оглед на можноста за детекција на електрична струја со многу мала јачина, со вентилите на овие електрометри мора да се ракува со ракавици.
3.3 Електрометри со цврста агрегатна состојба
Електрометрите со цврста агрегатна состојба претставуваат најнов вид електрометри. Се состојба од засилувач со еден или повеќе транзистори, дисплеј и приклучоци за надворешни уреди за мерење. Обично се мултифункционални. Мерат електричен полнеж, напон, отпор и струја.
4 Примена
Класична примена на електрометри има во медицината и тоа во радиотерапијата вклучувајќи го и надворешното зрачење и варијации на дозите, во интраваскуларната брахитерапија, за рендгенски прегледи и во мамографијата.
5 Поврзано
* Електроскоп
* Електрицитет
* Волтметар