سازه الکتریکی ایستا

تعریف

دستگاه الکترواستاتیک، دستگاهی است که عملکرد آن بر اساس اصل جذب یا دفع بین الکترودهای حامل بارهای الکتریکی است. به عبارت دیگر، این دستگاه از میدان الکتریکی ثابت برای تولید گشتاور انحراف استفاده می‌کند. دستگاه‌های الکترواستاتیک برای اندازه‌گیری ولتاژ‌های پایین و بالا، همچنین توان در مدار مشخصی استفاده می‌شوند.

اصل کار

دستگاه الکترواستاتیک بر اساس تعامل مکانیکی بین الکترودهایی با بارهای الکتریکی مخالف عمل می‌کند. کمیتی که باید توسط دستگاه الکترواستاتیک اندازه‌گیری شود به ولتاژ AC یا DC تبدیل می‌شود.

روش‌های ساخت

دو روش ساخت برای دستگاه‌های الکترواستاتیک وجود دارد:

• پلاک - نوع ذخیره‌سازی: در این نوع، بار بین پلاک‌ها ذخیره می‌شود. دستگاه الکترواستاتیک دو پلاک با قطبیت‌های مخالف دارد و نیروی جذبی بین آنها وجود دارد. به دلیل این نیروی جذبی، پلاک متحرک به سمت پلاک ثابت حرکت می‌کند تا بیشترین انرژی الکترواستاتیک ذخیره شود.

• تعامل پلاک - دورانی: در این دستگاه‌ها، نیروهای جذب یا دفع بین پلاک‌های دورانی اتفاق می‌افتد.

دستگاه الکترواستاتیک خطی

شکل زیر یک دستگاه الکترواستاتیک خطی را نشان می‌دهد. پلاک A بار مثبت و پلاک B بار منفی می‌گیرد. پلاک‌های مثبت ثابت هستند و پلاک‌های منفی متحرک هستند. یک فنر به پلاک‌های منفی متصل شده تا حرکت آنها را کنترل کند.

وقتی ولتاژ به پلاک‌ها اعمال می‌شود، نیروی جذبی بین آنها القا می‌شود. پلاک B تلاش می‌کند تا به سمت پلاک A حرکت کند تا این نیرو به حداکثر مقدار خود برسد. در اینجا C ظرفیت (در فاراد) بین پلاک‌ها را نشان می‌دهد و یک عبارت می‌تواند برای توصیف کل انرژی ذخیره شده بین پلاک‌ها استخراج شود.

دستگاه الکترواستاتیک دورانی

این نوع دستگاه با پلاک‌های دورانی مجهز شده است. با حرکت پلاک‌های دورانی، نیروهای جذب یا دفع بین آنها اتفاق می‌افتد.

مزایای دستگاه الکترواستاتیک

• اندازه‌گیری ولتاژ چندمنظوره: دستگاه‌های الکترواستاتیک قادر به اندازه‌گیری ولتاژ‌های AC و DC هستند.

• مصرف توان کم: آنها مقدار بسیار کمی از توان مصرف می‌کنند.

• اندازه‌گیری ولتاژ بالا: این دستگاه‌ها می‌توانند ولتاژ‌های با ارزش بالا را اندازه‌گیری کنند.

• انحراف زاویه‌ای در نوع دورانی: در دستگاه الکترواستاتیک دورانی، به جای انحراف خطی، انحراف زاویه‌ای بین پلاک‌های ثابت و متحرک رخ می‌دهد.

• خطای کم شکل موج و فرکانس: دستگاه خطای کمی در شکل موج و فرکانس دارد.

• مقاومت در برابر مغناطیس‌های جانبی: خطایی ناشی از مغناطیس‌های جانبی وجود ندارد.

• طراحی برای ولتاژ بالا: طراحی شده تا ولتاژ‌های بزرگ را مدیریت کند.

معایب دستگاه‌های الکترواستاتیک

• مقیاس غیریکنواخت: دستگاه از مقیاس غیریکنواخت استفاده می‌کند.

• نیروهای کوچک: نیروهای موجود در دستگاه از مقدار بسیار کوچکی هستند.

• هزینه بالا: در مقایسه با سایر دستگاه‌ها، قیمت آن بسیار بالاست.

• حجم بزرگ: حجم دستگاه نسبتاً بزرگ است.