ELETTROMETRO

ELETTROMETRO

. Gli elettrometri sono strumenti che servono a misurare la differenza di potenziale tra due conduttori elettrizzati, come ad es. tra i due poli d'un qualunque elettromotore, ovvero il potenziale d'un corpo elettrizzato, rispetto alla terra. La misura più comune, di carattere industriale, della differenza di potenziale tra i poli d'un elettromotore (tensione) viene di solito eseguita con strumenti chiamati voltmetri, i quali utilizzano una debole corrente provocata dalla tensione in esame; gli elettrometri invece forniscono la misura della tensione senza derivare alcuna corrente tra i due conduttori e pertanto si sogliono anche chiamare voltmetri statici. Con gli elettrometri inoltre si possono raggiungere sensibilità molto grandi e talora portate variabili a piacere entro limiti molto estesi. Per contro, il loro uso è alquanto difficile e complesso, sicché tali strumenti si adoperano più che altro nei laboratorî scientifici per misure o ricerche di precisione; e soltanto alcuni tipi, adatti a misurare tensioni molto elevate, sono usati anche nell'industria.

Uno strumento che fornisce la misura assoluta dei potenziali, che cioè permette di determinare il valore del potenziale d' un conduttore senza alcun campionamento preventivo, è l'elettrometro assoluto di W. Thomson, formato schematicamente da due dischi metallici A, B (fig. 1) paralleli tra loro, l'uno mobile e l'altro fisso. Il disco mobile A è collocato entro una corona circolare A′A′, detta anello di guardia (con la quale è in comunicazione metallica), allo scopo di evitare l'accumulazione delle cariche elettriche sull'orlo del disco, e d'ottenere quindi un campo uniforme tra i piatti A e B. Questo disco, tenuto costantemente in comunicazione con la terra è appeso a un estremo d'un giogo da bilancia, e perfettamente equilibrato da un piattello P. Se allora il disco fisso B, che è sostenuto da un supporto isolante, viene portato a un certo potenziale, si stabilisce nello spazio limitato dai due dischi un campo elettrico prossimamente uniforme, a causa del quale il disco mobile tende ad avvicinarsi a quello fisso: è possibile tuttavia mantenere il disco mobile nella posizione primitiva, mediante pesi opportuni collocati nel piattello P, e conoscere in tal modo il valore della forza F che sollecita il disco mobile. Tale forza è legata al potenziale V del disco fisso dalla relazione

dove S rappresenta l'area della superficie del disco e d la distanza tra i due dischi. L'elettrometro assoluto, d'uso non semplice, serve soprattutto per misurare potenziali elevati e per graduare elettrometri d'altro tipo.

L'elettrometro di gran lunga più usato per misure di precisione è quello detto a quadranti (fig. 2) dovuto a lord Kelvin, e formato da una scatola cilindrica (a) tagliata in quattro parti secondo due diametri perpendicolari, o da un disco metallico pure tagliato in quattro parti come mostra la fig. 3. Al disopra del disco (fig. 3) o nell'interno della scatola, è appesa una leggiera lastrina metallica a forma di 8, chiamata ago. I quadranti non adiacenti comunicano tra loro a due a due, mentre le due coppie sono isolate l'una dall'altra. La sospensione dell'ago è fatta con sottilissimo filo metallico o di quarzo reso conduttore con opportuno trattamento, ovvero con filo di seta; in quest'ultimo caso la comunicazione elettrica dell'ago con l'esterno è ottenuta mediante una vaschetta di acido solforico in cui pesca un filo o una lastrina di platino saldata all'ago, che serve anche per assicurare un rapido smorzamento delle oscillazioni. L'ago è collocato in posizione simmetrica rispetto alle due coppie di quadranti, nel modo indicato in fig. 2; in tali condizioni l'ago si mantiene in equilibrio, anche se è elettrizzato, finché le due coppie dei quadranti hanno lo stesso potenziale; se invece i quadranti sono a potenziale diverso e l'ago è elettrizzato, viene ad agire su questo una coppia di forze, che lo fa rotare d'un certo angolo, vincendo la torsione del filo di sospensione, finché il momento della coppia antagonista dovuta alla torsione diviene uguale a quello della coppia determinata dalle forze elettriche del campo. L'angolo di rotazione è misurato agevolmente col metodo della riflessione, mediante un leggiero specchietto solidale con l'ago. I quadranti e l'ago sono chiusi in un involucro metallico (fig. 4) messo a terra (che protegge lo strumento da azioni induttive), nel quale è praticata una piccola finestra (a) in corrispondenza allo specchietto.

L'elettrometro a quadranti può essere usato sia stabilendo una differenza di potenziale nota e costante tra le due coppie di quadranti o portando l'ago al potenziale da misurare (metodo eterostatico), sia portando insieme al potenziale da misurare l'ago e una coppia di quadranti, mentre l'altra coppia è tenuta in comunicazione con la terra (metodo Miostatico). Nel primo caso si dimostra che la deviazione dell'ago è proporzionale al suo potenziale; nel secondo, che la deviazione è proporzionale al quadrato del potenziale. In entrambi i casi lo strumento, prima di essere usato, viene accuratamente graduato mediante una serie di potenziali noti, fornita di solito da una batteria di piccole pile o accumulatori (v. elettriche, misure).

Quando l'ago è sospeso mediante un filo di seta, la cui torsione è molto piccola, si fa spesso uso (per ottenere una sensibile coppia antagonista) di sospensione bifilare: in tal caso è anche possibile far variare grandemente la sensibilità quindi la portata dello strumento, avvicinando o allontanando tra loro i due fili della sospensione.

Un'altra classe di elettrometri è costituita dai comuni elettroscopî a foglie (v. elettrostatica), formati da un'asticella metallica verticale, in fondo alla quale sono appese due sottilissime foglie metalliche (d'alluminio o di oro), le quali si respingono e quindi divergono quando l'asticella viene elettrizzata; la deviazione delle foglioline è caratteristica del potenziale dell'asticella, quando l'involucro che la racchiude venga tenuto in comunicazione con la terra, e quindi anche un elettroscopio può, mediante opportuno campionamento, servire alla misura dei potenziali, ossia funzionare da elettrometro. Strumenti di questo tipo, già provvisti di graduazione, si usano anche nell'industria per misure correnti di tensioni elevate e sono formati schematicamente da due lastrine metalliche fisse verticali A, B (fig. 5) isolate tra loro e formanti le due armature d'un condensatore. In un punto O della lastrina A è imperniata un'altra leggiera lastrina a, che può agevolmente rotare attorno a un asse orizzontale passante per O. Quando tra A e B si stabilisce una certa differenza di potenziale, la lastrina a tende ad allontanarsi da A, vincendo l'azione della gravità, e la deviazione è prossimamente proporzionale al quadrato della differenza di potenziale tra A e B. Un'opportuna graduazione permette allora di leggere direttamente il valore di questa differenza di potenziale.

Si usano spesso anche i cosiddetti elettrometri bifilari, formati da due sottilissimi fili di quarzo platinato, verticali, fissati per gli estremi superiori e riuniti negli estremi inferiori per mezzo di un piccolo peso che li mantiene tesi e paralleli. Quando i due fili vengono portati a un certo potenziale (mentre l'involucro che li racchiude è tenuto in comunicazione con la terra) si respingono mutuamente e la loro divergenza, nella regione centrale, può essere facilmente apprezzata e misurata mediante un microscopio.