Għaddej jew għodod elettrostatici?

X’ie huwa huma l-Instrumenti Elettrostatici?

Definizzjoni tal-Instrument Elettrostaticu

L-instrument elettrostaticu hija definit bħala dispożitiv li jistenna l-ħiliet elettriku statika biex jimmisur il-voltatt, solitament il-voltatti mgħodda.

Prinċipju ta’ Funzjonament

Kif isemhom timplika, l-instrumenti elettrostatici jistgħu l-ħiliet elettriku statika biex jipprodottu l-forza ta’ deflessjoni. Huma solitament immaqsma biex jimmisuru l-voltatti mgħodda, iżda jistgħu wkoll jimmisru voltatti inqas u potenza f’dawn il-każijiet. Jkun hemm żewġ modi kif tista’ tiġi l-forza elettrostatica.

Tipi ta’ Konstrukzjoni

F’setup wieħed, l-ħalqa waħda hija fissla mentri l-oħra hija libba biex timmovi. L-ħalqi huma carikati b’muddan mhux stess, jiġġeneraw forza attrattiva li tmovil l-ħalqa movibli ħafna wara l-ħalqa fissla sakemm jkun hemm l-enerġija elettrostatica massima marmura.

F’setup ieħor, l-forza tista’ tkun attrattiva, repulsiva, jew it-tnejn, għall-moħbija rotatorja tal-ħalqa.

Ekwazzjoni tal-Torċa

Ikkonsidraw żewġ ħalqi: l-Ħalqa A hija karikata positivament, u l-Ħalqa B hija karikata negativament. L-Ħalqa A hija fissla, u l-Ħalqa B hija libba biex timmovi. Hemm forza, F, bejn l-ħalqi meta tkun l-forza elettrostatica u l-forza tas-spring ekwivalenti. L-enerġija elettrostatica marmura fl-ħalqi hawnhekk hija:

Issupponi li nżidu r-voltatt applikat b’ammont dV, minħabba dan l-Ħalqa B tmove wara l-Ħalqa A b’distanza dx. Il-lavoro magħmul kontra l-forza tas-spring minħabba l-displaċament tal-Ħalqa B huwa F.dx. Il-voltatt applikat huwa relazjonat mal-kurrent kif segue:

Mill-valur ta’ din il-kurrent tista’ tikseb l-enerġija input kif segue:

Mill-ġejn tista’ tkalkula l-bidla fil-enerġija marmura u dan jagħmil:

B’negliss tas-termini ta’ ordni uġjir li japparu fl-ekwazzjoni. Issa, bl-aħdem ta’ prinċipju ta’ konservazzjoni tal-enerġija, għandna l-enerġija input fis-sistema = l-aument fil-enerġija marmura tas-sistema + l-lavoro mekaniku magħmul mis-sistema. Minn hawn, nistgħu nikkteb:

Minn dawn l-ekwazzjonijiet tista’ tkalkula l-forza kif segue:

Issa, dejjjbu derivaw l-ekwazzjoni tal-forza u tal-torċa għall-instrumenti elettrostatici rotatorji. Id-dagram huwa mostrat hawn taħt,

Biex nittfu l-espressjoni għall-torċa ta’ deflessjoni f’instrumenti elettrostatici rotatorji, issostitu F f’ekwazzjoni (1) bl-Td u dx bl-dA. L-ekwazzjoni modifikata għall-torċa ta’ deflessjoni hi:

Fl-istabbiltà, l-torċa kontrolanti hija Tc = K × A. Il-deflessjoni A tista’ tkun skrita kif segue:

Minn dawn l-espressjonijiet nistgħu nkluġu li l-deflessjoni tal-puntiera hija direttament proporzjonali ma’ s-squar tal-voltatt li għandha timmisur, għalhekk il-skala ser tkun mhux unifika. Iddiskutu l-Elettrometru Quadrant.

Dan l-instrument huwa sovent immaqsam biex jimmisur il-voltatt mill-100V sa 20 kilo volts. Taniex, it-torċa ta’ deflessjoni ottenuta fl-Elettrometru Quadrant hija direttament proporzjonali ma’ s-squar tal-voltatt applikat; l-avvantaż ta’ dan huwa li dan l-instrument tista’ tuża biex timmisur baż-AC u DC.

L-avvantaż ta’ l-użu tal-instrumenti elettrostatici bħala voltmeters huwa li nistgħu nużżom il-range tal-voltatt li għandha timmisur. Issa, hemm żewġ modi kif nistgħu nużżom il-range ta’ dan l-instrument. Niddiskutuhom wahda wara l-oħra. 

(a) Mit-talb tal-dividers tal-potentjali tal-resistenza: Hawn taħt huwa l-diagram tal-kirt għal dan it-tip ta’ konfigurazzjoni.

Il-voltatt li għandha timmisur huwa applikat fuq ir-resistenza totale r u l-kondensatur elettrostaticu huwa konektat fuq parti mill-resistenza totale li hija markata b’r. Issupponi li l-voltatt applikat huwa DC, allura għandna nassummu li l-kondensatur ikonektat għandu infiniteda resistenza ta’ leak.

F’dan il-każ, il-fattor multiplikatur huwa dat mill-rapport tal-resistenza elettrika r/R. L-operazzjoni AC fuq din il-kirt tista’ wkoll tintanalizzaw savi, u meta għandna operazzjoni AC, il-fattor multiplikatur huwa identiku, r/R.

(b) Mit-talb tat-teknika tal-multiplier tal-kondensatur: Nistgħu nużżom il-range tal-voltatt li għandha timmisur billi nipponnu serje ta’ kondensaturi kif mostrat fid-diagram tal-kirt.

Dejjbu derivaw l-espressjoni għal fattur multiplikatur f’Diagram ta’ Kirt 1. Lassu C1 tkun kapacità tal-voltmetru u C2 tkun kapacità tal-kondensatur serji. Il-kombinazzjoni serji ta’ dawn il-kondensaturi tkun l-kapacità totale tal-kirt.

L-impedanza tal-voltmetru hi Z1 = 1/jωC1, u l-impedanza totale hi:

Il-fattur multiplikatur huwa definit bħala rapport ta’ Z/Z1, li huwa 1 + C2 / C1. Fl-mod hekk, nistgħu nużżom il-range tal-misur tal-voltatt.

Avvantaggi tal-Instrumenti Elettrostatici

• Il-primu u l-avvantażi l-iżjed importanti huwa li nistgħu nimmisur baż-AC u DC u l-raġuni hi ovvju, l-torċa ta’ deflessjoni hija direttament proporzjonali ma’ s-squar tal-voltatt.

• Il-konsum tal-enerġija huwa abbaż fit-tipi ta’ instrumenti kif l-ammont tal-kurrent imblukkar minn dawn l-instrumenti huwa abbaż.

• Nistgħu nimmisur valuri mgħodda tal-voltatt.

Dsvantaggi tal-Instrumenti Elettrostatici

• Dawn huma abbaż kostosi minn oħra u anki huma akbar fis-siġa.

• Il-skala mhux unifika.

• Il-varji forzi involuti huma żgħar fis-magnitudini.

Estensjoni tal-Range

Il-range tal-misur tista’ tinstenni mit-talb tal-dividers tal-potentjali tal-resistenza jew mit-talb tal-multipliers tal-kondensatur.