Elektrometer

Elektrometer

Ein Elektrometer ist ein Elektroskop mit kalibrierter Skala. Das Elektroskop ist ein Gerät zum Nachweis elektrischer Ladung oder Spannung. Seine Funktionsweise beruht auf der Anziehung und Abstossung elektrischer Ladungen. Das Elektrometer zeigt direkt die Spannung gegen Erde an.

Funktion

Die zu messende Spannung wird mittels der Anschlussklemmen zwischen das Gehäuse und den senkrechten Stab, der den Zeiger trägt, gelegt. Der Stab ist isoliert durch das Gehäuse geführt. Der Stab und der an ihm drehbar angebrachte Zeiger sind leitfähig und laden sich auf das gleiche Potential auf. Die damit aufgebrachte Ladung drückt den Zeiger hoch, bis er von elektrostatischer und Schwerkraft im Gleichgewicht gehalten wird.

Elektroskope messen die Spannung stromlos. Nur zu Beginn fliesst kurz eine kleine Ladungsmenge, um die Eigenkapazität des Gerätes aufzuladen. Der Ausschlag bleibt deshalb auch nach Entfernen der Spannungsquelle bestehen, bis man die Anschlüsse kurz schliesst. Mit der Zeit geht jedoch Ladung durch Leckströme verloren, sodass der Zeigerausschlag auch ohne Kontaktierung langsam wieder zurückgeht. Bei Umladungen auf eine gleichgroße Spannung entgegengesetzter Polarität geht der Zeiger zurück und schlägt wieder gleichweit aus. Ist die mechanische Trägheit des Zeigers zu groß, so erreicht er seine Nulllage nicht, sondern zuckt nur kurz.

Bauformen

Doppelzeiger-Elektroskop

Empfindliche Bauformen verwenden statt eines Einzelzeigers oft auch Doppelzeiger. Hierdurch kann die Rückstellkraft (Erdanziehung) des ähnlich einer Waage nahezu ausbalancierten Zeigers sehr gering gehalten werden. Leider wird es dadurch auch empfindlicher gegen Fremdeinflüsse, wie etwa Erschütterungen oder Luftströmungen. Doppelzeigerinstrumente sind daher meist relativ massiv aufgebaut und durch Glasplatten gekapselt.

Folien-Elektroskop

Diese auch Blättchenelektroskop genannte Bauform besteht aus einem gefalteten Gold-, Aluminium- oder Kupferfolienstreifen. Wird das Gerät aufgeladen, spreizen sich die Folienhälften V-förmig auseinander. Diese Anordnung ist ebenfalls sehr empfindlich, jedoch lässt sich daran keine Skala anbringen - die Folienstreifen sind zu leicht und flexibel und würden sich an die Skala anlegen oder von ihr gestört werden.

Faden-Elektrometer

Fadenelektrometer nach Wulf verwenden einen oder zwei mit einem Bügel leicht gespannte Fäden, die sich bei Anlegen einer Spannung spreizen.

Erdpotentialfreie (bipolare) Elektroskope

Zeiger-Elektroskope sind auch in „bipolarer“, d.h. ungeerdeter Ausführung herstellbar. In einer Bauform nach Johann Gottlieb Friedrich von Bohnenberger kann man anhand der Lageänderung eines zwischen zwei Plattenelektroden hängenden Goldplättchens Spannungen zwischen den Elektroden nachweisen.

Weblinks

• Historisches Elektrometer im virtuelles Museum der Wissenschaft