Wie unterscheiden sich die Arbeitsprinzipien eines Voltmeters und eines Elektrometers?
Voltmesser und Elektroskop, obwohl beide Instrumente zur Messung elektrischer Größen verwendet werden, unterscheiden sich erheblich in ihren Arbeitsprinzipien und Anwendungen.
Das Arbeitsprinzip des Voltmessers
Der Voltmesser wird hauptsächlich verwendet, um die Spannungsdifferenz (Spannung) zwischen zwei Punkten in einem Schaltkreis zu messen. Sein Arbeitsprinzip basiert auf der elektromagnetischen Induktion und dem Effekt des Stroms. Gängige Voltmesser sind der magnetoelektrische Voltmesser und der digitale Voltmesser.
Magnetoelektrischer Voltmesser: Dieser Typ von Voltmesser misst die Spannung indirekt durch die Messung des Stroms. Wenn Strom durch die Spule des Voltmessers fließt, erzeugt er ein Drehmoment im Magnetfeld, was zur Abweichung des Zeigers führt. Der Winkel der Abweichung ist direkt proportional zum Strom, und da der Strom auch direkt proportional zur Spannung ist, spiegelt der Winkel der Abweichung des Zeigers die Größe der Spannung wider.
Digitaler Voltmesser: Dieser Typ von Voltmesser misst die Spannung, indem er analoge Signale in digitale Signale umwandelt. Analog-Digital-Wandler (ADCs) werden häufig verwendet, um Spannungssignale in digitale Form zu konvertieren, die dann auf einem Bildschirm angezeigt werden.
Das Arbeitsprinzip des Elektroskops
Ein Statikmeter (auch bekannt als Potentialdifferenz-Meter oder Zeiger-Elektroskop) ist ein Instrument, das zur Messung von Potentialdifferenzen verwendet wird, arbeitet aber anders als ein Voltmesser. Das Arbeitsprinzip eines Statikmeters basiert auf der elektrostatischen Induktion und der Wechselwirkung von Ladungen.
Elektrostatische Induktion: Die Metallkugel und der Metallstab des Elektroskops bilden einen Kondensator. Wenn ein geladenes Objekt in die Nähe des Elektroskops gebracht wird, werden Ladungen auf der Metallkugel und dem Stab induziert, was zur Abweichung der Nadel führt.
Ladungswechselwirkung: Die Abweichung des Zeigers in einem Elektroskop ist auf die gegenseitige Abstoßung gleichartiger Ladungen zurückzuführen. Wenn ein geladenes Objekt in die Nähe gebracht wird, verursacht die induzierte Ladung die Abweichung des Zeigers, und der Winkel der Abweichung ist direkt proportional zur Potentialdifferenz.
Hauptunterschiede
Messmethode:
Der Voltmesser misst die Spannung indirekt durch die Messung des Stroms.
Das statische Messgerät misst die Potentialdifferenz direkt durch elektrostatische Induktion und Ladungswechselwirkung.
Aufbau und Design:
Voltmesser bestehen in der Regel aus einer Spule und einem Magnetfeld, das durch den Fluss des Stroms ein Drehmoment erzeugt.
Das Elektroskop besteht andererseits aus einer Metallkugel und einem Metallstab, die durch elektrostatische Induktion Ladungen erzeugen, was zur Abweichung der Nadel führt.
Anwendungsszenarien:
Voltmesser eignen sich für die Messung von Spannungen in Schaltkreisen, insbesondere in dynamischen Schaltkreisen.
Statische Messgeräte eignen sich für die Messung von statischen elektrischen Feldern und werden oft verwendet, um elektrostatische Phänomene zu demonstrieren und Potentialdifferenzen zu messen.
Zusammenfassend gibt es erhebliche Unterschiede in den Arbeitsprinzipien, Strukturdesigns und Anwendungsszenarien von Voltmessern und Elektroskopen. Voltmesser messen Spannungen durch die Messung des Stroms, während Elektroskope Potentialdifferenzen durch elektrostatische Induktion und Ladungswechselwirkung messen.
