elettrometro
Strumento (detto anche voltmetro elettrostatico) per la misurazione di differenze di potenziale in condizioni elettrostatiche ( elettrometria). Tre sono i tipi fondamentali: l’e. assoluto, l’e. a campo ausiliario e l’e. senza campo ausiliario. Il principio comune sul quale essi si basano è l’esistenza di forze ponderomotrici tra conduttori a diverso potenziale che determinano lo spostamento di uno di essi ( ago dell’e.); tale spostamento, valutato su una scala graduata, costituisce una misura della differenza di potenziale tra l’ago e il corpo dell’elettrometro. Elettrometro assoluto Strumento, detto anche bilancia elettrostatica (fig. 1), costituito sostanzialmente da un condensatore di forma geometrica semplice, quindi di capacità dipendente in modo noto dalle sue caratteristiche geometriche, tra le cui armature si applica la tensione da misurare. Le forze ponderomotrici, calcolabili esattamente, sono equilibrate caricando con pesi un braccio di una bilancia a leva, mentre l’altro braccio è connesso a una delle armature, essendo l’altra fissa; la relazione che sussiste tra tali pesi, le caratteristiche geometriche dell’e. e la tensione incognita V, permette una misurazione assoluta, senza cioè preventivo campionamento, di V stessa.
Elettrometro a campo ausiliario Tra gli e. di questo tipo ricordiamo gli e. ad ago e quelli a quadranti di lord Kelvin-Dolezalek. Elettrometro ad ago Nella sua forma più comune ( e. di Hankel) è costituito (fig. 2) da un ago di filo di quarzo metallizzato a opportunamente fissato e posto fra due piatti metallici b, a distanza regolabile dall’ago. Se questi sono mantenuti a potenziale uguale ma di segno contrario (potenziale ausiliario) rispetto alla carcassa metallica c che li racchiude, applicando la tensione incognita V tra ago e carcassa, si realizza la connessione eterostatica all’ago (A); stabilendo invece la tensione ausiliaria tra il filo e una placchetta, e quella incognita V tra l’altra placchetta e la carcassa, si realizza la connessione eterostatica ai piatti (B); infine, eliminando la tensione ausiliaria e collegando una placchetta alla carcassa e l’altra al filo della tensione incognita, si realizza la connessione idiostatica (per es., come in C) e l’e. diventa un e. senza campo ausiliario. La posizione dell’ago si osserva direttamente su una scala graduata o mediante un microscopio munito di reticolo e scala. Questo e. ha grande sensibilità (fino a 10–3 V: nella connessione eterostatica la sensibilità è proporzionale alla tensione ausiliaria) e grande prontezza. Tale e., come tutti quelli a campo ausiliario, nella connessione eterostatica dà indicazioni di segno opposto se viene mutato il segno di V: è quindi uno strumento atto alla misurazione di d.d.p. continue. Elettrometro a quadranti di lord Kelvin-Dolezalek È costituito da quattro quadranti a1 a2 a3 a4 (fig. 3) ottenuti tagliando in quattro spicchi una scatola metallica di forma cilindrica. I quadranti opposti sono connessi tra loro. L’ago, a forma di 8, è sospeso entro la scatola per mezzo di un filo di platino o di quarzo metallizzato. Nella connessione eterostatica all’ago, le due coppie di quadranti a1-a3 e a2-a4 sono collegate, tramite i morsetti b e c, a tensioni di uguale valore ma segno contrario, e la tensione incognita V si applica tra il morsetto d dell’ago e il centro e della batteria che fornisce la tensione ausiliaria. Le forze elettriche in tal caso determinano sull’ago una coppia che lo fa ruotare di un certo angolo fino a essere equilibrata dalla coppia antagonista che si attiva per la torsione del filo. L’angolo di rotazione, che risulta direttamente proporzionale a V, si può misurare otticamente con il metodo di Poggendorff. Lo strumento è inoltre provvisto di uno smorzatore, in genere a liquido. L’e. a quadranti raggiunge la sensibilità di 10–4 V, ma è poco pronto e ha una capacità relativamente alta. E. senza campo ausiliario Si tratta, generalmente, di elettroscopi nei quali la deviazione delle foglie o dell’ago è resa misurabile mediante una scala graduata. Un esempio tipico di questa categoria è l’ e. di Exner, costituito da una lamina fissa cui sono attaccate, una per parte, due striscioline (foglie) d’alluminio sottilissimo; queste, quando tra il pomo dell’e. e la custodia viene applicata una tensione V, divergono di un angolo α che, letto su una scala graduata, costituisce una misura di V: per piccole deviazioni, α è proporzionale a V2. Questo e., come tutti gli altri senza campo ausiliario, è in grado quindi di misurare tensioni sia continue sia alternate.