מכשיר חשמל סטטי

הגדרה

מכשיר אלקטרוסטטי הוא מכשיר שפעולתו מבוססת על עקרון המשיכה או הדחה בין אלקטרודות נושאות מטענים חשמליים. במילים אחרות, זהו מכשיר המנצל את השדה החשמלי הסטטי כדי ליצור מומנט סיבוב. מכשירי אלקטרוסטטיקה משמשים מדידת מתח גבוה ומתח נמוך, כמו גם את הכוח במעגל נתון.

עקרון פעולה

המכשיר האלקטרוסטטי פועל על בסיס האינטראקציה המכנית בין אלקטרודות עם מטענים חשמליים מנוגדים. הכמות הנמדדת באמצעות המכשיר האלקטרוסטטי מתורגמת למתח חילופין או מתח ישר.

שיטות בנייה

ישנן שתי שיטות בניה עבור מכשירי אלקטרוסטטיקה:

• אחסון מסוג צלחת: בשיטה זו, המטען מאוחסן בין צלחות. המכשיר האלקטרוסטטי כולל שתי צלחות עם קוטביות מנוגדת, וקיים כוח משיכה ביניהן. כתוצאה מהכוח המשיכה, הצלחת הנעה זזה לקראת הצלחת הקבועה כדי לאחסן את האנרגיה האלקטרוסטטית המקסימלית.

• אינטראקציה מסוג צלחת סיבובית: במכשירים אלה, כוחות משיכה או דחייה מתרחשים בין הצלחות הסובבות.

מכשיר אלקטרוסטטי מסוג ליניארי

האיור שלהלן מתאר מכשיר אלקטורוסטטי מסוג ליניארי. לצלחת A יש מטען חיובי, בעוד שלצלחת B יש מטען שלילי. הצלחות החיוביות הן קבועות, והצלחות השליליות הן נעות. קפיץ מחובר לצלחות השליליות כדי להשתלט על תנועתן.

כאשר מתח מופעל על הצלחות, מושרה כוח משיכה ביניהן. צלחת B מנסה לזוז לקראת צלחת A עד שהכוח מגיעה לערכו המקסימלי. כאן, C מייצגת את הקיבול (בפאראד) בין הצלחות, וניתן להסיק ביטוי המתאר את האנרגיה הכוללת המאוחסנת בין הצלחות.

מכשיר אלקטרוסטטי מסוג סיבובי

הסוג הזה של מכשיר מצויד בצלחות סיבוביות. ככל שהצלחות הסובבות זזות, כוחות משיכה או דחייה באים לתמונה ביניהן.

יתרונות של מכשיר אלקטרוסטטי

• מדידת מתח רב-תכליתית: מכשירי אלקטרוסטטיקה יכולים למדוד מתח חילופין ומתח ישר.

• צריכת אנרגיה נמוכה: הם צורכים כמות קטנה מאוד של אנרגיה.

• מדידת מתח גבוה: ניתן להשתמש במכשירים אלה למדידת מתחים בערכים גבוהים.

• זווית התמזגות בסוג סיבובי: במכשיר האלקטרוסטטי מסוג סיבובי, במקום הזזה ליניארית, מתרחשת זווית התמזגות בין הצלחת הקבועה והנעה.

• שגיאה מרחבית ותדרית מינימלית: למכשיר יש שגיאה מרחבית ותדרית נמוכה.

• unsusceptibility לשדות מגנטיים מפוזרים: אין שגיאה שנגרמת משדות מגנטיים מפוזרים.

• עיצוב למתח גבוה: הוא מעוצב כדי להתמודד עם מתחים גדולים.

חסרונות של מכשיר אלקטרוסטטי

• קנה מידה לא אחיד: המכשיר משתמש בקנה מידה לא אחיד.

• כוחות קטנים מאוד: הכוחות המעורבים במכשיר הם קטנים מאוד.

• מחיר גבוה: בהשוואה למכשירים אחרים, הוא יקר מאוד.

• גודל גדול: הגודל של המכשיר הוא גדול יחסית.