אלקטרומטר - מה זה? ישנם סוגים רבים ושונים, החל מכלים מכניים נדירים בעבודת יד ועד להתקנים מדויקים. אלקטרומטרים מודרניים ומכשירי מדידה אחרים מורכבים באמצעות צינור ואקום או טכנולוגיית מצב מוצק. הם יכולים לשמש למדידת מתח וטעינה עם זרמי דליפה נמוכים מאוד, עד 1 femtoamp. האלקטרוסקופ הוא מכשיר פשוט יותר. זה עובד על עקרונות דומים, אבל מציג רק את ערכי הלחץ היחסיים. מה מודדים אלקטרומטר ומכשירים אחרים?
היסטוריה של המכשיר הזה
מד הפוטנציאל הראשון יכול להיקרא "ריבוע מוקדם" או פשוט "מרובע". למרות שהמונח בסופו של דבר התייחס לגרסת קלווין, הוא שימש לראשונה לתיאור מכשיר פשוט יותר. ממה מודד אלקטרומטר וממה הוא מורכב?
הוא עשוי מגזע עץ זקוף שאליו מחובר חצי עיגול שנהב. כדור שעם קל תלוי מהמרכז על ציר. כאשר הכלימונח על גוף טעון, הגבעול משתתף ודוחה את כדור הפקק. ניתן לקרוא את כמות הדחייה מחצי עיגול מדורג, אם כי הזווית הנמדדת אינה פרופורציונלית ישירה למטען. הממציאים הראשונים כללו את ויליאם הנלי והוראס-בנדיקט דה סוסיר.
ומי היה "החלוץ" של האלקטרוסקופים?
והאלקטרוסקופ והאלקטרומטר - מה זה ואיזה מהם היה טוב יותר? אלקטרוסקופ עלי הזהב הראשון היה ללא ספק הראשון. מכשיר כזה אפשר למצוא בעולם האמיתי בכמה כנסים מדעיים, אבל באופן כללי הוא הוחלף בגרסה מתקדמת יותר מבחינה טכנולוגית בכל מקום. בניגוד לאלקטרומטר, הוא שיחק לעתים קרובות יותר את התפקיד של חיישן מאשר מכשיר מדידה.
המכשיר עצמו מורכב משתי גיליונות דקים של נייר כסף תלויים באלקטרודה. כאשר הוא נטען באינדוקציה או במגע, העלים רוכשים את אותם מטענים חשמליים ודוחים זה את זה בגלל כוח הקולומב. ההפרדה שלהם היא אינדיקטור ישיר לאנרגיה נטו המצטברת. ניתן להדביק פיסות נייר כסף על הזכוכית שממול לעלים כך שכשהעלים נפרדים לגמרי, הם יכולים ליפול לתוך האדמה. עלי כותרת יכולים להיות סגורים ב"מעטפת" זכוכית כדי להגן עליהם מפני טיוטות. כדי למזער את דליפת המטען, מעטפה זו מבודדת. סיבה נוספת לדליפה היא קרינה מייננת, ולכן האלקטרומטר חייב להיות מוקף במגן עופרת כדי למנוע זאת.
המכשיר פותח במאה ה-18 על ידי כמהחוקרים כולל אברהם בנט ואלסנדרו וולטה.
דגמים מפלטיר ובוננברגר
מכשיר המדידה בוננברג מורכב מיריעת זהב אחת התלויה אנכית בין אנודה לקתודה של ערימה יבשה. כל מטען המוענק לעלה הזהב גורם לו לנוע לכיוון מוט זה או אחר. מה מודד האלקטרומטר בוננברג? הסימן של החלקיק הטעון, כמו גם ערכו המשוער.
האלקטרומטר של פלטייר משתמש בצורת מצפן מגנטי כדי למדוד סטיה על ידי איזון הכוח הסטטי עם מחט מגנטית.
מכשירים מודרניים
האלקטרומטר המודרני הוא מד מתח רגיש במיוחד שעכבת הכניסה שלו כל כך גדולה שהזרם הזורם לתוכו יכול להיחשב אפס עבור רוב היישומים היומיומיים.
מה מודד אלקטרומטר, ומהי ההתנגדות שלו? הערך האמיתי של התנגדות הכניסה למכשירים מודרניים הוא כ-1014 אוהם, בהשוואה ל-1010 אוהם עבור מדי ננו-וולט. בשל עכבת הכניסה הגבוהה במיוחד, יש ליישם שיקולי תכנון מיוחדים כדי למנוע דליפת זרם.
בין השימושים האחרים, משתמשים באלקטרומטרים בניסויים בפיסיקה גרעינית מכיוון שהם מסוגלים למדוד את המטענים הזעירים שנותרו בחומר כאשר עוברת קרינה מייננת. היישום הנפוץ ביותר של מכשירים מודרניים הוא מדידת קרינה באמצעות תאי יינון במכשירים כגון מונים.גייגר.
אלקטרומטר שסתום
גרסאות שסתום משתמשות בצינור ואקום מיוחד עם חיזוק ועכבת כניסה גבוהים מאוד. זרם הכניסה יכול לזרום לרשת העכבה, והמתח שנוצר כך מוגבר מאוד במעגל האנודה (הלוח). לשסתומים המיועדים לשימוש עם אלקטרומטרים יש זרמי דליפה של כמה femtoamps בלבד (10-15 אמפר). יש לטפל בשסתומים האלה עם ידיים עם כפפות, שכן מלחים שנותרו על מעטפת הזכוכית עלולים ליצור נתיבי דליפה עבור הזרמים הזעירים האלה.
במעגל מיוחד שנקרא "טריודה הפוכה", התפקידים של האנודה והרשת מתהפכים. זה ממקם את אלמנט הבקרה רחוק ככל האפשר מאזור מטען החלל המקיף את חוט הלהט, ממזער את מספר האלקטרונים שנאסף על ידי מעגל הבקרה ובכך ממזער את זרם הכניסה.
האלקטרומטרים המתקדמים ביותר
רוב מכשירי המדידה המודרניים מורכבים ממגבר מצב מוצק המשתמש ב-FET אחד או יותר, חיבורים לחיבור מכשירי מדידה חיצוניים, ובדרך כלל חיבור. עבור אלקטרומטר מצב מוצק, התמונה מוצגת למעלה.
המגבר מגביר זרם קטן כדי להקל על מדידתו. חיבורים חיצוניים הם בדרך כלל בעיצוב קואקסיאלי או תלת-צירי ומאפשרים התקנה של דיודות או תאי יינון למדידת קרינה מייננת.חיבורים לתצוגה או לציוד רישום נתונים מאפשרים למשתמש לצפות בנתונים או להקליט נתונים לניתוח מאוחר יותר.
אלקטרומטרים המיועדים לשימוש עם תאי יינון עשויים לכלול ספק כוח במתח גבוה המשמש גם להטיית תא היינון.
