Прибор для измерения электрического заряда – как называется, устроен и работает, история создания, применение

В лабораторной практике, а также в обучающей среде нередко требуется определить наличие, величину и знак электрического заряда какого-нибудь тела. Применяемый в таких случаях прибор для измерения электрического заряда называется электроскопом или электрометром. Разберем, что собой представляет этот инструмент, как он устроен и работает, какова история его создания и где применяется.

Электроскоп и электрометр – что это такое и как устроено

Специальный инструмент для качественного и количественного определения статического электрического заряда называется электроскопом. В основе принципа его действия лежит физический закон отталкивания одноименно заряженных полей. Состоит устройство из следующих элементов:

• Вертикального металлического стержня, зафиксированного в верхней части металлического круглого корпуса.
• С наружной стороны к штырю прикреплена железная сфера или чаша.
• На внутреннем краю зафиксирована пара бумажных полосок.
• В месте контакта стержня с корпусом установлена диэлектрическая заглушка, предотвращающая утечку заряда.
• Подставка, с помощью которой устройство устанавливается на горизонтальную поверхность.
• Стеклянные смотровые окошки с измерительными шкалами с двух сторон корпуса.

Другая разновидность прибора для измерения электрического заряда называется электрометром. По сути, инструмент имеет такое же устройство, за исключением того, что вместо 2-х бумажных полосок к внутреннему краю стержня прикреплена металлическая стрелка.

Принцип действия

Измеритель заряда определяет, прежде всего, наличие статического электричества в предмете, способным его создавать, передавать или накапливать. Принцип работы инструмента основан на явлении отталкивания одноименно заряженных частиц и притягивания разноименных.

Механизм работы прибора сводится к следующему алгоритму:

1. К чаще или сфере незаряженного прибора подносится натертый шерстью эбонит.
2. Как только электричество перейдет на стержень, листочки на внутреннем краю разойдутся.
3. При этом чем сильнее заряд, тем больше будет угол между полосками.

Благодаря своему строению электроскоп позволяет также определить знак определяемого статического заряда. Сделать это можно, например, так:

• Для начала стержень заряжается положительным зарядом – с помощью фрагмента стекла, натертого о шелковую ткань.
• Полоски на краю шеста сразу отклонятся.
• Далее если к чаще или сфере поднести тело с таким же зарядом, листочки разойдутся еще дальше – так как его величина возрастет.
• Однако если инструменту передать отрицательное поле, расстояние между полосками уменьшится – так как часть заряда компенсируется.

Таким способом, отмечая изменения по делениям измерительной шкалы, можно установить величину и знак заряд предмета.

На заметку! В отличие от электроскопа электрометр снабжен стрелкой, обладает лучшей чувствительностью и позволяет довольно точно определить величину заряда статического электричества.

История создания

Прототипом современных измерителей заряда считается прибор под названием «версориум», сконструированный в 17-ом столетии английским исследователем Вильямом Гилбертом. В основе применялась свободно подвешенная игла в устройстве, внешне напоминающем компас.

Края иголки отличались не только по наружному признаку, но и по знаку заряда – один плюсовой, другой минусовой. Приближение того или иного края стрелки к исследуемому предмету показывало, какой знак имело его электростатическое поле.

Из истории также известно о 2-х других более чувствительных устройствах для точного измерения:

1. Конденсационный электрометр, собранный в 1783 г. Алессандро Вольтом.
2. Крутильные весы Кулона, созданные им в 1785 г.

Однако более совершенным и похожим по конструкции и механизму действия на современные модели был прибор немецкого ученого Иоганна Готлиба. Инструмент фактически состоит из того же, из чего смонтирован электроскоп наших дней – стеклянный купол, стержень со сферой на верху, и лепестками из золота внизу.

Применение

Главное назначение электроскопа и электрометра – выявление наличия у предмета электрического заряд, определение его знака (положительного или отрицательного) и величины. Ввиду этого, инструмент находит применение в следующих областях:

• Определение заряженности конкретных предметов и расположенных рядом объектов. Прибор начинает реагировать даже на приближение заряженных тел.
• Выявление типа заряда – различение выполняется по визуальной оценке перемещения чувствительных пластинок при контакте с телом в зависимости от того, как заряжен прибор изначально.
• Замер степени излучения окружающего пространства на предмет радиоактивного заражения. В основе лежит явление электростатической индукции.

• Определение величины ионизации атмосферного воздуха. Метод базируется на скорости зарядки/разрядки прибора в электрическом поле с известными характеристиками.

Ввиду того, что основные части электроскопа имеют элементарное устройство, прибор нередко изготавливается самостоятельно. Поэтому его часто используют в простейших электростатических опытах на лабораторных работах в учебных заведениях. Однако для более точного измерения, лучше брать более надежную изготовленную в заводских условиях модель.

Справка! Перед работой электроскоп можно зарядить 2-мя способами – индуктивно или приближением, то есть без контакта с объектом, и путем контакта сферы с исследуемым предметом.

Коротко о главном

Электроскоп или электрометр определяет наличие, знак и величину статического заряда тела. В основе работы прибора лежит принцип отталкивания и притягивания одноименных и разноименных заряженных частиц.

В конструкцию инструмента входит стержень, сфера или чаща на его верхней части и 2 полоски или стрелка в нижней, корпус, подставка, 2 смотровых окошка, измерительная шкала.

В начале измерений прибор заряжается плюсовым или минусовым зарядом. Затем, исходя из результатов, определяется, каким зарядом и какой величины обладает исследуемый предмет.

Первое приспособление для выявления статического заряда было создано в 17-ом столетии в Англии Вильямом Гилбертом. Затем прибор со временем усовершенствовался, пока не появился современный вариант.

Применяется электроскоп не только для определения заряда, его знака и величины, но также для замера ионизации воздуха и определения радиации окружающего пространства. Также его часто берут для основы опытов в учебных заведениях.