ELEKTROMETRY BRAUNA

Elektrometr stosuje się w doświadczeniach z elektrostatyki. Służy on do pomiaru potencjału elektrycznego ciała naładowanego wzglę­dem ziemi, jeżeli osłona jest uziemiona, lub względem tej osłony, jeżeli jest ona nieuziemiona i ma pewien potencjał. Jeden lub dwa elektrometry są potrzebne w następujących doświadczeniach:

1.  Stan naelektryzowania i stan ładunku elektrycznego

2.         Przewodniki, izolatory i półprzewodniki

3.         Rozmieszczenie ładunku na konduktorze

4.         Gęstość ładunku

5.      Potencjał elektryczny

6. Indukcja elektrostatyczna

7.         Puszka Faraday'a

8.         Działanie ostrzy

9.         Zasada kondensatora

10.   Napijcie na biegunach źródła prądu 11.   Spadek napięcia w przewodzie.

Komplet do powyższych doświadczeń stanowią przyrządy wska­zane na rys. l i 2:

1.         dwa elektrometry (1)

2.         statyw izolujący (2)

3.         dwa konduktory kuliste wydrążone (3) i ostrza (4) do nich

4.         konduktor stożkowy (5)

5.         kondensator płaski składany (6 i 7)

6.         łącznik na izolującej rączce (8)

7.         kulka próbna (9).

Rys. l

Budowa elektrometru jest przedstawiona na rys. 1.

Na niskiej trójnożnej podstawie jest osadzona oprawa elektrome­tru, która ma kształt walca. Boczna jej ścianka jest blaszana, a oby­dwie płaskie są szklane: jedna przezroczysta, druga matowa. Na matowej szybie znajduje się podziałka.

U góry oprawy jest umocowana tuleja K wykonana z materiału izolacyjnego. Przez nią jest przetknięty pręt metalowy L, który we­wnątrz oprawy łączy się z wąską listewką M. Listewka w połowie swej długości jest dwukrotnie zgięta. W miejscu przegięcia listewka ma podłużne wycięcie długości paru centymetrów. Po obu stronach wycięcia są łożyska, w których spoczywa oś N długiej lekkiej wska­zówki W. Środek ciężkości wskazówki leży nieco poniżej osi, co zapewnia wskazówce równowagę w pozycji pionowej. Wycięcie w li­stewce pozwala wskazówce na swobodne odchylaniu się od listewki, przy czym górna jej część odsuwa się od listewki w jedną stronę, dolna - w przeciwną.

Na część pręta L, wystającą na zewnątrz oprawy, można nasa­dzać konduktory (3 i 5). Można też konduktory umieścić na statywie izolującym (rys. 2), a z elektrometrem połączyć je cienkim druci­kiem. Do uziemiania oprawy służy zacisk P umieszczony na jej me­talowej ściance.

Statyw izolujący (rys. 2} ma trójnożną metalową podstawę, w któ-roj za pomocą nagwintowanej oprawki trzyma się pręt S ze szkła izolującego. Górny koniec tego pręta ma tulejkę T, w której można zamocować podpórkę konduktora, zaciskając ją śrubą R.

D z i a ł a n i e   e l e k t r o m e t r u   i   sposób   użycia

Przy połączeniu zewnętrznego końca pręta L elektromutru z cia­łem naładowanym ładunek wpływa na pręt L oraz listewkę M i prze­dostaje się na wskazówkę O. Listewka i wskazówka, jako naładowane jednoimiennie, odpychają się.

Wskazówka jest osadzona na osi N, przeto wychyla się o pewien kat, zależny od wielkości wprowadzonego ładunku.

W przyrządzie naładowanym wskazówka ustawia się w położe­niu, w którym moment obrotowy sil elektrycznych jest zrównowa­żony momentem obrotowym ciężaru wskazówki.

Według rys. 3 ramię AB ciężaru wskazówki równe odległości środ­ka ciężkości B wskazówki od pionu, przechodzącego przez oś O, jest proporcjonalne do sinusa kąta odchylenia:

AB = OB • sin a

A więc i moment ciężaru wskazówki względem osi jest proporcjo­nalny do sinusa kąta odchylenia wskazówki elektrometru. Wobec te­go, że moment siły elektrycznej jest równy momentowi siły ciężkości, jest on również proporcjonalny do sinusa kąta odchylenia wskazówki elektrometru.

Oba elektrometry danego kompletu powinny mieć jednakową czułość, przeto przy równych potencjałach w obu elektrometrach wskazówki powinny odchylać się o równe kąty.

Jeżeli elektrometry nie dają jednakowych wskazań przy równych potencjałach, należy ich czułość zrównać. W tym celu zdejmujemy x obudowy elektrometrów szyby przezroczyste, obudowę uziemiamy, a górne pręty L łączymy przewodnikem, po czym elektrometry ładu­jemy. Dolny koniec tej wskazówki, która odchyliła się o większy kąt, obciążamy lekko, nakładając na ten koniec miękkim pędzelkiem małą ilość lakieru spirytusowego. Po wyschnięciu lakieru i ostatecz­nym sprawdzeniu wskazań w obu elektrometrach zasłaniamy je na powrót szybami.

Przy demonstrowaniu elektrometrów można je oświetlać od stro­ny szkła matowego za pomocą żarówki 40-watowej w celu uwidocz­nienia wskazówki i podziałki.

Cechowanie skali elektrometru w jednostkach względnych polega na stopniowym ładowaniu elektrometru za pomocą kulki próbnej ładunkami, pobieranymi z butelki lejdejskiej, która w porównaniu

Rys. 4

z kulką próbną ma znacznie większą pojemność elektryczną i prak­tycznie nie zmienia swego potencjału przy kilkakrotnym naładowa­niu kulki. Po ustaleniu, przy ilu ładunkach wskazówka odchyla się od jednej do drugiej działki, wpisujemy odpowiednie liczby na po-działce. Skala w tym przypadku może mieć równe odstępy między kreskami.

Naładowaną kulkę próbną należy wkładać do wnętrza konduktora kulistego dotykając wewnętrznej powierzchni przewodnika, aby ła­dunek kulki całkowicie przeszedł na elektrometr.

Przy cechowaniu elektrometru za pomocą źródła prądu stałego o napięciu rzędu 20 woltów konieczne jest powiększenie pojemności elektrometru za pomocą kondensatora. W tym celu na pręcie L elektrometru osadza się jedną okładkę tarczową kondensatora (6) z haczykiem D, drugą zaś okładkę tarczową (7), zaopatrzoną w rącz­kę izolacyjną E, nakłada się na pierwszą (rys. 4). Obie okładki kon­densatora są pokryte cienką warstwą szelaku, spełniającą rolę die­lektryka. Kondensator utworzony przez obie okładki tarczowe, prze­dzielone warstewką szelaku, powiększa wielokrotnie pojemność elektrometru.

Rys. 5

Górną okładki; (7) kondensatora, obudowę elektrometru i jeden biegun źródła prądu stałego F łączymy z ziemią (rys. 5), Drugi bie­gun zrodła prądu łączymy 7. okładka dolną kondensatora (H) za po­mocą łącznika na izolującej rączce. Następnie po odjęciu łącznika odejmujemy górną okładkę; kondensatora. Pojemność elektrometru zmniejsza się, wskutek czego potencjał wzrasta i wskazówka odchy­la się o pewien kał.

Przed przystąpieniem do doświadczenia należy dokładnie odku­rzyć okładki kondensatora i w przypadku zniszczenia izolacji lakie­rowej należy oddzielić okładki dodatkowo miką lub pokryć je cienka warstwą spirytusowego roztworu szelaku.

W czasie przechowywania elektrometrów i podczas ich przeno­szenia wskazówki powinny być unieruchnmiono za pomocą rygielka /•' (Rys. 1) osadzonego w obudowie.