الجهاز الكهروستاتيكي

التعريف

يعتبر الجهاز الكهروستاتيكي جهازًا يعمل على أساس مبدأ الجذب أو الطرد بين الأقطاب التي تحمل شحنات كهربائية. بعبارة أخرى، هو جهاز يستخدم المجال الكهربائي الثابت لإنتاج عزم الانحراف. تستخدم الأجهزة الكهروستاتيكية لقياس الجهود الكهربائية العالية والمنخفضة، وكذلك الطاقة في دائرة معينة.

مبدأ العمل

يعمل الجهاز الكهروستاتيكي على أساس التفاعل الميكانيكي بين الأقطاب ذات الشحنات الكهربائية المتعاكسة. يتم تحويل الكمية المراد قياسها بواسطة الجهاز الكهروستاتيكي إلى جهد كهربائي تيار متردد أو تيار مستمر.

طرق الإنشاء

هناك طريقتان لإنشاء الأجهزة الكهروستاتيكية:

• نوع اللوحة - تخزين: في هذا النوع، يتم تخزين الشحنة بين اللوحات. يحتوي الجهاز الكهروستاتيكي على لوحتين بأقطاب متعاكسة، ويوجد قوة جذب بينهما. بسبب هذه القوة الجاذبة، تتحرك اللوحة المتحركة نحو اللوحة الثابتة لتخزين أقصى طاقة كهروستاتيكية.

• نوع اللوحة الدورانية - التفاعل: في هذه الأجهزة، تحدث قوى الجذب أو الطرد بين اللوحات الدورانية.

جهاز كهروستاتيكي من نوع خطي

يوضح الشكل أدناه جهازًا كهروستاتيكيًا من النوع الخطي. تحصل اللوحة A على شحنة موجبة، بينما تصبح اللوحة B سالبة الشحنة. اللوحات الموجبة الشحنة ثابتة، واللوحات السالبة الشحنة متحركة. يتم توصيل ربيع باللوحات السالبة للتحكم في حركتها.

عند تطبيق الجهد على اللوحات، يتم إثارة قوة جذب بينهما. تحاول اللوحة B الانتقال نحو اللوحة A حتى تصل هذه القوة إلى قيمتها القصوى. هنا، تمثل C السعة (بالفاراد) بين اللوحات، ويمكن اشتقاق تعبير لوصف الطاقة الكلية المخزنة بين اللوحات.

جهاز كهروستاتيكي من نوع دوار

هذا النوع من الأجهزة مزود بلوحات دوارة. عند حركة اللوحات الدوارة، تدخل قوى الجذب أو الطرد في العمل بينها.

مزايا الجهاز الكهروستاتيكي

• قياس الجهد المتعدد الاستخدامات: يمكن للأجهزة الكهروستاتيكية قياس الجهود الكهربائية التيار المتردد والمستمر.

• استهلاك طاقة منخفض: تستهلك كمية صغيرة جدًا من الطاقة.

• قياس الجهد العالي: يمكن استخدام هذه الأجهزة لقياس الجهود الكهربائية ذات القيم العالية.

• إزاحة زاوية في النوع الدوار: في الجهاز الكهروستاتيكي من النوع الدوار، بدلاً من الإزاحة الخطية، يحدث إزاحة زاوية بين اللوحة الثابتة والمتحركة.

• خطأ منخفض في الشكل الموجي والتواتر: يحتوي الجهاز على خطأ منخفض في الشكل الموجي والتواتر.

• مناعة ضد المجالات المغناطيسية الضالة: لا يوجد خطأ ناتج عن المجالات المغناطيسية الضالة.

• تصميم لجهود عالية: تم تصميمه للتعامل مع الجهود الكهربائية الكبيرة.

عيوب الجهاز الكهروستاتيكي

• مقياس غير منتظم: يستخدم الجهاز مقياسًا غير منتظم.

• قوى صغيرة الحجم: القوى المعنية في الجهاز صغيرة الحجم جدًا.

• تكلفة عالية: مقارنة بالأجهزة الأخرى، يعتبر مكلفًا جدًا.

• حجم كبير: حجم الجهاز نسبيًا كبير.