WikiDer > Elektrometer
EIN Elektrometer ist ein Messinstrument die verwendet wird, um zu bestimmen elektrische Aufladungen (Elektroskop) oder zum Messen elektrische Spannungen (elektrostatisches Voltmeter).
Die Funktion des Elektrometers basiert auf der elektrostatischen Kraft (Coulomb-Kraft) zwischen elektrischen Ladungen. Das bedeutet, dass sich gleiche Ladungen gegenseitig abstoßen, während sich ungleiche Ladungen anziehen. Im Gegensatz zu beispielsweise den Galvanometer ein Elektrometer extrahiert keine (oder fast keine) fließen Stromkreis gemessen werden.
Es gibt verschiedene Typen, von historisch handgefertigten mechanischen Instrumenten bis hin zu elektronischen Präzisionsgeräten. Moderne Elektrometer, basierend auf Vakuumröhren- oder Halbleitertechnologie, werden verwendet, um Spannungen und Ladungen bei extrem niedrigen Ableitströmen (oft weniger als 1 .) zu messen Femtoampere).
Historische Elektrometer
sehen Elektroskop für den Hauptartikel zu diesem Thema.Das Elektroskop war eines der ersten Instrumente, mit dem das Vorhandensein von elektrischer Ladung nachgewiesen werden konnte. Die bekannteste Version ist das Blattgoldelektroskop. Diese besteht aus zwei dünnen Blättern von Gold an einer isolierten Elektrode aufgehängt. Wenn die Elektrode aufgeladen wird durch beeinflussen oder durch Berührung werden die Goldblätter gleich geladen und stoßen sich durch die Coulomb-Kraft ab.
Eine Sonderausführung des Elektroskops ist das bipolare Elektroskop von Friedrich von Bohnenberger, die nicht nur das Vorhandensein der Ladung anzeigt, sondern auch, ob sie positiv und negativ ist. Dieses Elektroskop besteht aus einem einzelnen Blattgold, das symmetrisch zwischen zwei leitfähigen Platten aufgehängt ist. Diese Platten sind wiederum mit den beiden Polen von a . verbunden Trockenbatterie. Je nach Polarität der Ladung bewegt sich das Messer zum Plus- oder Minuspol der Batterie.
Das Elektroskop wird heute nur noch selten als Messinstrument verwendet. Das Gerät wird hauptsächlich im Bildungsbereich verwendet, um Ladungen auf einfache Weise zu visualisieren.
Quadranten-Elektrometer
Das Quadranten-Elektrometer, erfunden 1867 von William Thomson,[1] besteht aus Quadrantensegmenten – Metallplatten, die in zwei Ebenen mit geringem Abstand befestigt sind. Zwischen den beiden Quadrantenflächen hängt ein rotierender Zeiger, eine leichte lemniskatenförmige Metallfahne an einem dünnen Quarzdraht, an dem ein kleiner Spiegel befestigt ist. Der von einer Lichtquelle emittierte Lichtstrahl wird dann auf eine kalibrierte Messskala projiziert.
Kapillarelektrometer
sehen Kapillarelektrometer für den Hauptartikel zu diesem Thema.Das Kapillarelektrometer, erfunden von Gabriel Jonas Lippmann, ist ein Messgerät zum Erfassen kleiner Änderungen elektrischer Spannungen. Mit Hilfe dieses Tools war es möglich Etienne-Jules Marey 1876, um die Herzaktionsströme eines Frosches und einer Schildkröte aufzuzeichnen. Später, im Jahr 1887, wusste August Wunsch Waller um das erste Elektrokardiogramm einer Person zu erstellen.
Elektrostatisches Elektrometer
Beim elektrostatischen Voltmeter wird der Messteil durch a Kondensator mit sehr kleinem Fassungsvermögen, von denen eine Platte fest und eine Platte beweglich ist. Beim Anlegen einer Spannung an den Kondensator entsteht zwischen den Platten eine elektrostatische Kraft. Dadurch ändert sich der Abstand zwischen den Platten und damit die Kapazität, was zu einer Ladungsträgerverschiebung über den Kondensator führt. Das durch diese Ladungsverschiebung erzeugte Wechselstromsignal wird verstärkt und ist ein direktes Maß für die zu messende Gleichspannung, die über den Kondensator angelegt wird. Die Eingangsimpedanz dieses Elektrometers wird hauptsächlich durch den Ableitwiderstand des Kondensators bestimmt.
Moderne Elektrometer
Im modernen Sprachgebrauch ist ein Elektrometer ein hochempfindliches elektronisches Voltmeter, dessen Eingangsimpedanz so hoch ist, dass der hineinfließende Strom (für praktische Zwecke) mit Null angenommen werden kann. Sie werden in der Kernphysik verwendet, weil sie die sehr kleinen Strahlungsströme verstärken können.
Vakuumröhren-Elektrometer
In diesen Elektrometern ist ein reines (unvoreingenommen) Vakuumröhre mit sehr hohem Verstärkungsfaktor (Transkonduktanz). Der Eingangsstrom fließt zu einem Steuergitter mit hohem Eingangswiderstand. Die am Steuergitter erzeugte Spannung wird dann im Anodenkreis der Vakuumröhre stark verstärkt.
Die besseren Typen dieser Röhren haben Leckströme von nur wenigen Femtoampere (10−15 EIN). Diese Röhren sind so empfindlich, dass sie ohne Handschuhe beschädigt werden können, da die auf dem Glasgehäuse verbleibenden Salze einen zusätzlichen Weg für Kriechströme schaffen.
Halbleiter-Elektrometer
Alle modernen Elektrometer sind mit Halbleitertechnologie ausgestattet (FETs), Anschlüsse für externe Messgeräte und manchmal mit einem Display, Datenaufzeichnungsfunktionen und/oder einer Hochspannungsversorgung ausgestattet. Diese Elektrometer sind oft als multifunktionale Messgeräte konzipiert – sie können neben Spannung auch Ladung, Widerstand und Strom messen.
Der im Elektrometer vorhandene FET-Verstärker verstärkt den schwachen Eingangsstrom, sodass er leicht zu messen ist. Oft wird ein Spannungsausgleichsprinzip verwendet - die zu messende Eingangsspannung wird mittels einer Schaltung mit sehr hoher Eingangsimpedanz (in der Größenordnung von 10 .) mit einer internen Referenzspannung verglichen14 ).
Quellen, Anmerkungen und/oder Verweise
|