Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Электр зарядын өлшейтін құрал
Саентологияда қолданылатын псевдоғылыми жабдық.
Instrument for measuring electric charge
the pseudoscientific equipment used in Scientology
Электрометр – электр зарядын немесе электрлік потенциал айырмасын өлшейтін электр аспап. Оның көптеген түрлері бар, тарихи қолмен жасалған механикалық аспаптардан бастап жоғары дәлдікті электрондық құрылғыларға дейін. Вакуумдық лампалар немесе қатты күйдегі технологияға негізделген қазіргі заманғы электрометрлер кернеу мен зарядты өте төмен ағымдармен, тіпті 1 фемтоамперге дейін өлшеуге мүмкіндік береді. Одан қарапайым, бірақ ұқсас принципте жұмыс істейтін электроскоп кернеулер мен зарядтардың салыстырмалы шамаларын ғана көрсетеді.
An electrometer is an electrical instrument for measuring electric charge or electrical potential difference. There are many different types, ranging from historical handmade mechanical instruments to high precision electronic devices. Modern electrometers based on vacuum tube or solid state technology can be used to make voltage and charge measurements with very low leakage currents, down to 1 femtoampere. A simpler but related instrument, the electroscope, works on similar principles but only indicates the relative magnitudes of voltages or charges.
Алтын жапырақты электроскоп
Алтын жапырақты электроскоп электр зарядын көрсетуге қолданылатын құралдардың бірі болды. Бұл құрал 18-шы ғасырда бірнеше зерттеушілер, оның ішінде Абрахам Беннет (1787) тарапынан жасалған. Ол тік ағаш сабадан және оған бекітілген піл сүйегінен жасалған жартылай шеңберден тұрады. Шеңбердің ортасынан жеңілгіш бөлекше ілінген. Құрал зарядталған денеге қойылғанда, саба зарядына қатысып, бөлекшені итеріп шығарады. Итерудің күші градуировкаланған жартылай шеңбер бойынша анықталады, бірақ өлшенген бұрыш зарядқа тура пропорционал емес. Алғашқы ойлап табушылардың қатарында Уильям Хенли (1770) және Хорас Бенедикт де Соссур болды.
The gold leaf electroscope was one of the instruments used to indicate electric charge. The instrument was developed in the 18th century by several researchers, among them Abraham Bennet (1787) It consists of an upright stem of wood, to which is affixed to a semicircle of ivory. From the center there hangs a light cork ball upon a pivot. When the instrument is placed upon a charged body, the stem participates and repels the cork ball. The amount of repulsion may be read off the graduated semicircle, though the measured angle is not in direct proportion to the charge. Early inventors included William Henley (1770) and Horace Bénédict de Saussure.
Кулон электрометрі
Торсия алтын жапырақтарының немесе пробка шарларының итергіш күшіне қарағанда сезімтал өлшем беру үшін қолданылады. Ол үстінде шыны түтікшесі бар шыны цилиндрден тұрады. Түтіктің осьтерінде шыны жіп орналасқан, оның төменгі ұшында екі шетінде алтын шарлары бар лак таяқшасы бекітілген. Цилиндрдің тағы бір тесігі арқылы алтын шарлары бар тағы бір лак таяқшасын енгізуге болады. Бұл – тасымалдаушы таяқша. Егер тасымалдаушы таяқшаның төменгі шары тесікке енгізілгенде зарядталса, ол ішіндегі қозғалмалы шарлардың біреуін итергіш күшпен ығыстырады. Бұрылатын шыны таяқшаның жоғарғы жағына индекс және шкала (суретте көрсетілмеген) бекітіледі. Шарларды қайта біріктіру үшін бұрылған градустардың саны тасымалдаушы таяқша шарларының зарядына тура пропорционалды. Кью обсерваториясының алғашқы директоры Фрэнсис Рональдс 1844 жылы Кулонның торсиялық тепе-теңдігіне маңызды жақсартулар енгізді және өзгертілген құралды Лондондық құрал жасаушылар сатты. Рональдс лак таяқшаның орнына жұқа ілмек қолданды және тасымалдаушы таяқшаны ине жазықтығында бекітілген бөлшекке ауыстырды. Екеуі де металлдан жасалған, сондай-ақ ілмек және оны қоршаған түтік те металлдан жасалған, сондықтан ине мен бекітілген бөлікті сымдар арқылы тікелей зарядтауға болады. Рональдс сонымен қатар Фарадей клеткасын пайдаланды және оқуларды үздіксіз тіркеу үшін фотосуреттерді сынақтан өткізді. Ол Келвиннің квадрантты электрометрінің (төменде сипатталған) алдағы құралы болды.
Torsion is used to give a measurement more sensitive than repulsion of gold leaves or cork balls. It consists of a glass cylinder with a glass tube on top. In the axes of the tube is a glass thread, the lower end of this holds a bar of gum lac, with a gilt pith ball at each extremity. Through another aperture on the cylinder, another gum lac rod with gilt balls may be introduced. This is called the carrier rod. If the lower ball of the carrier rod is charged when it is entered into the aperture, this will repel one of the movable balls inside. An index and scale (not pictured) is attached to the top of the twistable glass rod. The number of degrees twisted to bring the balls back together is in exact proportion of the amount of charge of the ball of the carrier rod. Francis Ronalds, the inaugural Director of the Kew Observatory, made important improvements to the Coulomb torsion balance around 1844 and the modified instrument was sold by London instrument makers. Ronalds used a thin suspended needle rather than the gum lac bar and replaced the carrier rod with a fixed piece in the plane of the needle. Both were metal, as was the suspending line and its surrounding tube, so that the needle and the fixed piece could be charged directly through wire connections. Ronalds also employed a Faraday cage and trialled photography to record the readings continuously. It was the forerunner of Kelvin's quadrant electrometer (described below).
Пельтье электрометрі
Пельтье жасаған бұл құрылғы, электростатикалық күшті магниттік инемен теңестіру арқылы бұрылуды өлшеу үшін магниттік компастың бір түрін пайдаланады.
Developed by Peltier, this uses a form of magnetic compass to measure deflection by balancing the electrostatic force with a magnetic needle.
Боненбергер электрометрі
Боненбергер электрометрі, Т. Г. Б. Беренстің өнертабысы негізінде Дж. Г. Ф. фон Боненбергер жасаған.
The Bohnenberger electrometer, developed by J. G. F. von Bohnenberger from an invention by T. G. B. Behrens,
Тартылу электрометрі
"Тартылған диск электрометрлері" деп те аталатын Келвин 1860 жылдары өз квадрант электрометрі үшін (жоғарыда көрсетілгендей) осыған ұқсас фотографиялық әдістерді қолданды.
Also known as "attracted disk electrometers", Kelvin used similar photographic means for his quadrant electrometer (see above) in the 1860s.
Қазіргі заманғы электрометрлер
Қазіргі заманғы электрометр – өте сезімтал электронды вольтметр, оның кіріс кедергісі соншалықты жоғары, кіріске ағатын ток көптеген жағдайларда нөлге тең деп есептеледі. Қазіргі заманғы электронды электрометрлердің кіріс кедергісінің нақты мәні шамамен 10¹⁴ Ом-ға жетеді, ал нановольтметрлер үшін бұл көрсеткіш шамамен 10¹⁰ Ом құрайды. Өте жоғары кіріс кедергісіне байланысты, ток ағып кетуін болдырмау үшін арнайы конструкциялық ескертулер (мысалы, қозғалмалы экрандар және арнайы оқшаулағыш материалдар) қолданылуы тиіс. Электрометрлер ядролық физика эксперименттерінде де қолданылады, себебі олар иондаушы сәулеленудің өтуі салдарынан затта қалған өте шағын зарядтарды өлшеуге мүмкіндік береді. Қазіргі заманғы электрометрлердің ең көп қолданылатын түрі – Гейгер есептегіштері сияқты құралдардағы иондау камераларымен сәулеленуді өлшеу.
A modern electrometer is a highly sensitive electronic voltmeter whose input impedance is so high that the current flowing into it can be considered, for most practical purposes, to be zero. The actual value of input resistance for modern electronic electrometers is around 1014Ω, compared to around 1010Ω for nanovoltmeters. Owing to the extremely high input impedance, special design considerations (such as driven shields and special insulation materials) must be applied to avoid leakage current. Among other applications, electrometers are used in nuclear physics experiments as they are able to measure the tiny charges left in matter by the passage of ionizing radiation. The most common use for modern electrometers is the measurement of radiation with ionization chambers, in instruments such as geiger counters.
Дәнекерлі сабан электрметрлері
Ділді қамыс электрометрлері, қозғалмалы электрод (дилді қамыс пішіндес) және тұрақты кіріс электроды арасында құрылатын өзгермелі сыйымдылықты пайдаланады. Екі электрод арасындағы қашықтық өзгерер кезде, сыйымдылық та өзгереді және электр заряды конденсаторға кіріп-шығады. Осы заряд ағынының нәтижесінде туындайтын айнымалы ток сигналы күшейтіліп, конденсаторға берілген тұрақты кернеудің (DC) аналогы ретінде қолданылады. Электрометрдің тұрақты токқа (DC) кіріс кедергісі конденсатордың ағу кедергісімен ғана анықталады және әдетте өте жоғары болады (бірақ айнымалы токқа (AC) кіріс кедергісі төмен). Қолданудың қолайлылығы үшін, ділді қамыс жиынтығы көбінесе кабель арқылы электрометрдің қалған бөлігіне қосылады. Бұл салыстырмалы түрде кішкентай құрылғыны өлшенетін зарядға жақын орналастыруға мүмкіндік береді, ал әлдеқайда үлкен қамыс жетектегіші мен күшейткіш блогы операторға ыңғайлы жерде орналастырылуы мүмкін.
Vibrating reed electrometers use a variable capacitor formed between a moving electrode (in the form of a vibrating reed) and a fixed input electrode. As the distance between the two electrodes varies, the capacitance also varies and electric charge is forced in and out of the capacitor. The alternating current signal produced by the flow of this charge is amplified and used as an analogue for the DC voltage applied to the capacitor. The DC input resistance of the electrometer is determined solely by the leakage resistance of the capacitor, and is typically extremely high, (although its AC input impedance is lower). For convenience of use, the vibrating reed assembly is often attached by a cable to the rest of the electrometer. This allows for a relatively small unit to be located near the charge to be measured while the much larger reed driver and amplifier unit can be located wherever it is convenient for the operator.
Клапандық электрометрлер
Клапанды электрометрлер өте жоғары күшейту (трансөткізгіштік) және кіріс кедергісі бар арнайы вакуумдық түтікше (термионды клапан) пайдаланады. Кіріс тогының жоғары кедергілі торға ағуына рұқсат етіледі, содан кейін пайда болатын кернеу анодтық (пластинкалық) тізбекте күрт күшейтіледі. Электрометрлерге арналған клапандардың ағып кету тогы бірнеше фемтоамперге (10−15 амперге) дейін төмен болуы мүмкін. Мұндай клапандарды қолғаппен ұстау қажет, себебі шыны қаптамасында қалған тұздар осы өте кішкентай токтар үшін ағып кету жолын қамтамасыз етеді. Арнайы "инвертті триод" схемасында анод пен тордың атқаратын рөлі ауыстырылады. Бұл басқару электродын филаментті қоршаған кеңістіктік заряд аймағынан ең алысқа орналастырады, соның салдарынан басқару электроды жинайтын электрондардың санын және осылайша кіріс тогын азайтады.
Valve electrometers use a specialized vacuum tube (thermionic valve) with a very high gain (transconductance) and input resistance. The input current is allowed to flow into the high impedance grid, and the voltage so generated is vastly amplified in the anode (plate) circuit. Valves designed for electrometer use have leakage currents as low as a few femtoamperes (10−15 amperes). Such valves must be handled with gloved hands as the salts left on the glass envelope can provide leakage paths for these tiny currents. In a specialized circuit called inverted triode, the roles of anode and grid are reversed. This places the control electrode at a maximum distance from the space charge region surrounding the filament, minimizing the number of electrons collected by the control electrode, and thus minimizing the input current.
Қатты күйдегі электрометрлер
Ең заманауи электрометрлер бір немесе бірнеше өріс эффектілік транзисторларды қолданатын қатты күйдегі күшейткіштен, сыртқы өлшеу құрылғыларына арналған қосылымдардан және әдетте дисплей және/немесе деректерді тіркеуге арналған қосылымдардан тұрады. Күшейткіш кішкентай токтарды күшейтеді, осылайша оларды өлшеу оңайырақ болады. Сыртқы қосылымдар көбінесе коаксиалды немесе триаксиалды конструкцияға ие және иондау сәулеленуін өлшеу үшін диодтарды немесе иондау камераларын қосуға мүмкіндік береді. Дисплей немесе деректерді тіркеу қосылымдары пайдаланушыға деректерді көруге немесе оларды кейінірек талдау үшін сақтауға мүмкіндік береді. Иондау камераларымен қолдануға арналған электрометрлерге иондау камерасын бұрмалау үшін қолданылатын жоғары кернеулі қуат көзі кіруі мүмкін. Қатты күйдегі электрометрлер көбінесе кернеуді, зарядты, кедергіні және токты өлшейтін көп мақсатты құрылғылар болып табылады. Олар кернеуді «кернеуді теңестіру» арқылы өлшейді, онда кіретін кернеу өте жоғары кіріс кедергісі бар (10¹⁴ Ом шамасында) электрондық тізбек арқылы ішкі эталондық кернеу көзімен салыстырылады. Тоқты кернеуге түрлендіргіш ретінде өзгертілген ұқсас тізбек құрылғыға бірнеше фемтоамперге дейінгі токтарды өлшеуге мүмкіндік береді. Ішкі кернеу көзімен біріктірілген ток өлшеу режимі өте жоғары кедергілерді өлшеуге, 10¹⁷ Ом шамасында бейімделуі мүмкін. Соңында, электрометрдің кіріс терминалының белгілі сыйымдылығынан есептеу арқылы құрылғы өте кішкентай электр зарядтарын, пикокуломбтың шағын бөлігіне дейін өлшеуге болады.
The most modern electrometers consist of a solid state amplifier using one or more field effect transistors, connections for external measurement devices, and usually a display and/or data logging connections. The amplifier amplifies small currents so that they are more easily measured. The external connections are usually of a co axial or tri axial design, and allow attachment of diodes or ionization chambers for ionising radiation measurement. The display or data logging connections allow the user to see the data or record it for later analysis. Electrometers designed for use with ionization chambers may include a high voltage power supply, which is used to bias the ionization chamber. Solid state electrometers are often multipurpose devices that can measure voltage, charge, resistance and current. They measure voltage by means of "voltage balancing", in which the input voltage is compared with an internal reference voltage source using an electronic circuit with a very high input impedance (of the order of 1014 Ω). A similar circuit modified to act as a current to voltage converter enables the instrument to measure currents as small as a few femtoamperes. Combined with an internal voltage source, the current measuring mode can be adapted to measure very high resistances, of the order of 1017 Ω. Finally, by calculation from the known capacitance of the electrometer's input terminal, the instrument can measure very small electric charges, down to a small fraction of a picocoulomb.