Электрометр — прибор, служащий для измерения электрического потенциала. Приборы этого рода могут служить для любой цели: менее точные электроскоп, обнаруживают присутствие заряда на теле и дают возможность судить о величине потенциала тела весьма грубо; более точные электрометры позволяют определить потенциал в принятых единицах в Вольтах.
Рисунок 2 – Внешний вид электроскопа и электрометра.
Принцип действия электрометра заключается в следующем.
На стержне с прорезью с одной стороны закреплена шкала, а с другой стороны стержень крепится через изолятор к корпусу электрометра, чуть выше закреплен полый шар, который является электродом для измерения заряда электрического поля, потенциала либо заряженного тела. В прорези стержня закреплена легкая подвижная стрелка. При прикосновении к шару заряженного тела или величины электрического поля происходит переход заряда, потенциала на шар и соответственно воздействует на электрометр. При этом шар становится заряженным. Поскольку шар соединен со стержнем, а тот в свою очередь со стрелкой, и все они являются проводниками, заряд, потенциал перемещается на стержень и стрелку. Пластмассовая пробка (изолятор) необходима для изоляции системы шар, стержень, стрелка. В результате стержень и стрелка получили одноименный заряд, потенциал. Следовательно, они будут отталкиваться и стрелка отклонится. Причем, чем больше заряд, потенциал, тем больше отклонение стрелки.
Рисунок 3 – Устройство электрометра.
Электрометр позволяет оценить величину заряда, потенциала. С помощью электрометра нельзя определить наличие маленького заряда, т.к. при малом заряде, силы отталкивания, одноименных зарядов, будет недостаточно для отклонения стрелки. Стрелка возвращается в исходное положение, при отсутствии заряда так как точка подвеса стрелки находится выше центра тяжести, поэтому стрелка будет стремится принять вертикальное положение.
Современные электрометры являются электронными вольтметрами с очень высоким входным сопротивлением, достигающим 1014 Ом.
Современные электрометры: ламповые, твердотельные и др. Их принцип работы отличается от вышеизложенных электрометров и состоит в следующем, между двумя неподвижными электродами помещается легкий подвижный электрод, обладающий очень малой упругостью. На неподвижные электроды подается напряжение определенной величины, вследствие чего в пространстве между ними образуется электрическое поле. Подвижный электрод при отсутствии на нем электрических зарядов не будет взаимодействовать с полем. Если на подвижный электрод будет подан заряд, то электрод начнет двигаться в поле до тех пор, пока силы электрического притяжения не уравновесятся силами упругости подвижного электрода. Величина электрических сил пропорциональна не величине заряда q на подвижном электроде, а его потенциалу U, который связан с зарядом соотношением: U = q/C [В] Вольт; где С — емкость подвижного электрода относительно земли.
При малом значении емкости C небольшим зарядам будет соответствовать значительный потенциал, который может быть достаточно точно измерен. По известному заряду q сила тока I определяется из соотношения: I = q/t [A] Ампер; где t — время в секундах, в течение которого накапливается заряд q.
Таким образом, чувствительность электрометра определяется минимальным напряжением U, которое может быть измерено. По существу электрометр представляет собой особой конструкции электростатический вольтметр, предназначенный для измерения напряжений.
Наиболее распространенным и удобным в работе на данный момент является струнный электрометр.
Исходя из выше изложенного материала, можно сделать вывод, что высоты в 10 метров было более чем достаточно для основной массы требований и проектов, так как получалась величина электрического поля с разностью потенциалов ~1300 Вольт, что широко применялось в прошлом, а для более требовательных и масштабных проектов использовались более высокие здания и сооружения, для получения еще более внушительной разности потенциалов для последующего применения.
Напрямую использовать данную энергию (разность потенциалов электрического поля) для современны электроприемников не представляется возможным, это говорит о том, что использовались специальные устройства для преобразования данной энергии в виды более приемлемые для потребителей, а так же для увеличения (умножения) ее величины использовались сами здания и сооружения выполненные по определенным конструктивным особенностям позволяющим не только повышать ее значения, но и накапливать, поддерживать стабильность при различных колебаниях. Соответственно имелась и элементная база необходимая для ее коммутации и передачи в радиусе одного строения. Так же стоит задуматься и над тем, что и в наше время применяются, но уже не так широко неоновые лампы, которые являются каким-то прообразом тех источников света. Условия работы неоновых ламп очень подходящие для практического использования данного вида энергии с минимальными доработками, напряжение зажигания стандартной неоновой лампы обычно не более 100 вольт, напряжение гашения порядка 40-65 вольт, так же используют неоновые трубки, чем больше ее длина, тем более высокой напряжение необходимо подавать, срок службы не менее 80 000 часов, номинальный ток работы лампы 1 мА…, а так же как и все газоразрядные лампы они загораются от воздействия электромагнитного поля.