История создания и назначение
Электрометр — это измерительный прибор, основная задача которого заключается в определении разности электрических потенциалов. Исторически первый подобный прибор был сконструирован в 1752 году выдающимися учёными Михаилом Ломоносовым и Георгом Рихманом. Они применяли его в своих новаторских экспериментах по изучению электрических явлений в атмосфере. Конструкция их электрометра была относительно простой и включала металлический стержень, пеньковую нить, подвешенную к этому стержню, и измерительную шкалу.
Устройство современного электрометра
Современные модели электрометров имеют более сложное и точное устройство. Основой прибора служит металлический корпус, часто снабжённый двумя стеклянными стенками для наблюдения. Верхняя часть корпуса закрывается крышкой с эбонитовой пробкой, через которую проходит металлический стержень. На внешнем конце стержня находится шарик для контакта, а на внутреннем — легкий подвижный элемент: алюминиевый лепесток или стрелка.
Принцип действия и методика измерений
Для проведения измерений металлический корпус прибора необходимо заземлить. Это позволяет приравнять его потенциал к нулю, поскольку потенциал Земли условно принимается за нулевую точку отсчёта. Когда стержень электрометра соединяют с телом, обладающим электрическим зарядом (и, соответственно, определённым потенциалом), стержень приобретает тот же потенциал. В результате между заряженным стержнем и заземлённым корпусом возникает электрическое поле.
Под действием сил этого поля лёгкий алюминиевый лепесток или стрелка отклоняются на некоторый угол. Ключевой принцип работы заключается в том, что чем больше разность потенциалов между стержнем и корпусом, тем сильнее электрическое поле внутри прибора и, следовательно, тем на больший угол отклоняется указатель. Таким образом, по углу отклонения можно судить о величине измеряемой разности потенциалов.
Для количественных измерений шкалу электрометра предварительно калибруют (градуируют) с помощью эталонных источников напряжения, в роли которых часто выступают специальные высокостабильные батареи или элементы. Это позволяет сопоставлять угол отклонения с конкретным значением напряжения в вольтах.