3B SCIENTIFIC
Bedienungsanleitung
09/08 Hh
®
PHYSICS
Electrometer U8531408
1 Steckplatz für SEG-Elemente
2 Eingangsbuchse IN für Faraday-Becher
3 Eingangsbuchse IN für SEG-Elemente
4 Massebuchse (Bezugspunkt) für den Eingang
5 Anschlussbuchse für Haltestab mit 4-mm Bohrung
6 Hohlbuchse für 12 V AC-Steckernetzgerät
7 Betriebsanzeige
8 Offset-Einsteller des Elektrometers
9 Massebuchse (Bezugspunkt) für den Ausgang
10 Ausgangsbuchse OUT
11 Steckernetzgerät
1
1. Sicherheitshinweise
Elektrometer mit extrem hochohmigem, überspannungs-gefährdetem Spannungseingang:
• Maximalwert der Eingangsspannung von ± 8 V nicht
überschreiten!
Eine höhere Spannung ist nur dann zulässig, wenn sicher gestellt ist, dass sie bei Berührung spannungsführender Teile unverzögert auf den oben angegebenen
Wert oder auf niedrigere Werte herabgesetzt wird. Dies
ist bei den im Text genannten Spannungsquellen gewährleistet.
• Keine Fremdspannungen an die Ausgangsbuchse
(10) anschließen!
• Spannungsteilerschaltungen zur Messung von Span-
nungen über 10 V nur mit SEG-Kondensatoren bestücken, deren Spannungsfestigkeit für die anliegende Spannung ausreicht!
2. Beschreibung
Impedanzwandler mit extrem hohem Eingangswiderstand zur Messung kleinster Ladungen und kleinster
Ströme.
Geeignet zur quasistatischen Messung von Spannungen
bis ± 8 V, zur hochohmigen Messung von Spannungen
über ± 8 V mit ohmschem Spannungsteiler, zur quasi-
• 12 V AC-Steckernetzgerät am Elektrometer anste-
cken, hiermit das Gerät einschalten.
• Geeigneten Spannungsmesser mit Skalennullpunkt
Mitte-Funktion an der Ausgangsbuchse anschließen,
z.B. Analog-Multimeter AM50 (U17450), VielfachMessgerät ESCOLA2 (U8531170), Vielfach-Messgerät
ESCOLA10 (U8531160).
• Messbereich 10 V DC und Nullpunkt Mitte auswäh-
len.
• Eingangsbuchse IN (3) mit 19-mm-Brückenstecker
gegen Massebuchse (4) kurzschließen, oder
• Faraday-Becher (U8496460) in Eingangsbuchse (2)
mit dem an der Erdungsbuchse (5) eingesteckten
Haltestab mit 4-mm-Bohrung (U8430245) entladen
(kurzschließen).
• Bei bestehendem Kurzschluss den Offset der Aus-
gangsspannung an Buchse (10) minimieren.
• Ausgewähltes Experiment zügig durchführen, bevor
sich vagabundierende Ladungen auf dem Messeingang ansammeln.
• Vor Start eines neuen Experimentes wiederum Ein-
gang kurzschließen und gegebenenfalls die Offseteinstellung korrigieren.
statischen Messung von Spannungen über ± 8 V mit
kapazitivem Spannungsteiler, zur Messung sehr kleiner
Ströme mit hochohmigem Shuntwiderstand und zur
Messung von Ladungen.
3. Technische Daten
Verstärkung: 1,00
12
Eingangswiderstand: > 10
Ω
Ausgangswiderstand: < 1 kΩ
Eingangsstrom: < 10 pA
Eingangskapazität: < 50 pF
Versorgungsspannung: 12 V AC / 50-69 Hz / 100 mA
Überspannungsfestigkeit
für nicht berührungsgefährliche Spannungen: 1 kV (aus niederohmigen
Quellen)
10 kV (aus hochohmigen
Quellen)
Anschlüsse: 4-mm-Sicherheitsbuchsen
Messung von Ladungen in der Elektrostatik
Benötigte Geräte:
1 Elektrometer U8531408
1 Analog-Multimeter AM50 U17450
1 Faraday-Becher U8496460
1 Kondensator 10 nF, 160 V U8403501
2 Reibstäbe U11053
1 Exp.-Kabel, 75 cm U13800
1 Haltestab mit 4-mm-Bohrung U8430245
1 Tuch, zum Reiben der Stäbe
• Versuchsaufbau gemäß Fig. 1.
• Den Faraday-Becher und den 10 nF-Kondensator in
die hierfür vorgesehenen 4-mm-Buchsen einstecken.
• Das Multimeter an der Ausgangsbuchse OUT (10)
und der korrespondierenden Massebuchse (9) anschließen.
• Am Multimeter den Messbereich 10 V DC wählen.
• Das Experimentierkabel in die Anschlussbuchse für
den Haltestab (5) und in die 4-mm-Bohrung des Haltestabs einstecken.
• Den Haltestab in der einen Hand halten und hiermit
– ohne ihn los zu lassen – den Faraday-Becher entladen.
4. Bedienung
5. Versuchsbeispiel
2
•
Mit der anderen Hand den Versuchskörper (z.B. den
geriebenen Stab) zur Erfassung seiner gesamten Ladung in den feldfreien Innenraum des FaradayBechers eintauchen und die Ladung an der Innenseite des Bechers „abstreifen“.
• Die abgegebene Ladung gemäß der nachfolgenden
Beziehungen und Gleichungen berechnen.
Zwischen der Ladung Q und der Spannung U eines Kondensators mit der Kapazität C besteht der Zusammenhang:
UCQ ⋅=
Wegen U
= UIN ist die Ausgangsspannung des Elektro-
OUT
meters ein Maß für die Ladung Q:
CUQ
⋅=
OUT
• Mit der bekannten Kapazität C = 10 nF des Konden-
sators U8403501 kann nunmehr die Ladung ausgerechnet werden.
Fig. 1 Versuchsaufbau zur Messung von Ladungen in der Elektrostatik
Elwe Didactic GmbH • Steinfelsstr. 6 • 08248 Klingenthal • Deutschland • www.elwedidactic.com
3B Scientific GmbH • Rudorffweg 8 • 21031 Hamburg • Deutschland • www.3bscientific.com
Technische Änderungen vorbehalten
© Copyright 2008 3B Scientific GmbH
3B SCIENTIFIC
Instruction sheet
09/08 Hh
®
PHYSICS
Electrometer U8531408
1 Docking point for SEG elements
2 Input socket “IN” for Faraday cup
3 Input socket “IN” for SEG elements
4 Earth socket (reference point) for input
5 Connection socket for handling rod with 4 mm hole
6 Recessed socket for 12 V AC mains adapter
7 “On” indicator light
8 Electrometer offset adjuster
9 Earth socket (reference point) for output
10 Output socket “OUT”
11 12 V AC mains adapter
1
1. Safety instructions
The ultra-high-resistance input circuit of the
electrometer can be damaged by applying an excessive
voltage:
• Do not exceed the maximum input voltage of ± 8 V!
A higher voltage is only permissible with the condition
that if a person touches conducting parts it is instantly
reduced to the above or a lower value. The voltage
sources mentioned in this instruction sheet fulfil that
condition.
• Do not connect any external voltage source to the
output socket (10)!
• If a capacitative voltage-divider circuit is used to
measure voltages above 10 V, it must be provided
with an SEG capacitor that can withstand the full
applied voltage!
2. Description
Impedance-changer with an extremely high input
resistance for measuring very small charges and very
small currents.
It is suitable for quasi-static measurement of voltages up
to ± 8 V, for high-resistance measurement of voltages
above ±
static measurement of voltages above ±
8 V using a resistive voltage divider, for quasi-
8 V using a
• Plug the 12 V AC adaptor into the electrometer and
switch the instrument on.
• Connect a suitable voltage meter with a mid-scale
zero-setting adjustment, such as analogue
multimeter AM50 (U17450), multimeter ESCOLA2
(U8531170), or multimeter ESCOLA10 (U8531160), to
the output sockets of the multimeter.
• Select the 10 V DC range and set the zero point at
the middle of the scale.
• Short-circuit the “IN” (3) input socket to the earth
socket (4) with a 19 mm bridging plug, or:
• Discharge (short-circuit) the Faraday cup (U8496460)
that is plugged into the input socket (2) by using the
handling rod with 4 mm hole (U8430245) that is
connected to the earth socket (5).
• While maintaining the short-circuit, adjust the offset
of the output voltage at socket (10) to a minimum.
• Quickly carry out the measurement for the chosen
experiment, before there is time for stray charges to
build up at the input being measured.
• Before starting a new experiment, short-circuit the
input to earth again, and if necessary readjust the
offset.
capacitative voltage divider, for measurement of very
small currents using a high-resistance shunt, and for
measurement of charges.
3. Technical data
Measuring charges in electrostatics
Apparatus needed:
1 Electrometer U8531408
1 Analogue multimeter AM50 U17450
1 Faraday cup U8496460
Amplification factor: 1.00
12
Input resistance: > 10
Ω
Output resistance: < 1 kΩ
Input current: < 10 pA
Input capacitance: < 50 pF
Supply voltage: 12 V AC / 50-69 Hz /
100 mA
Overvoltage tolerated for
voltage sources safe against
accidental contact: 1 kV (sources with low
output resistance)
10 kV (sources with
high output resistance)
Connections: 4 mm safety sockets
1 Capacitor, 10 nF, 160 V U8403501
2 Friction rods U11053
1 Experiment lead, 75 cm U13800
1 Handling rod with 4 mm hole U8430245
1 Cloth for rubbing friction rods
• Set up the experiment as shown in Figure 1.
• Plug the Faraday cup and the 10 nF capacitor into
the appropriate 4 mm sockets.
• Connect the multimeter to the output socket “OUT”
(10) and the corresponding earth socket (9).
• Select the 10 V DC range on the multimeter.
• Plug the experiment lead into the socket for the
handling rod (5) and into the 4 mm hole in the rod.
• Take the handling rod in one hand and, without
releasing it, discharge the Faraday cup.
• With the other hand, immerse the test object (e.g.
the friction rod after rubbing) into the field-free
interior of the Faraday cup so that the whole of its
4. Operation
5. Sample experiment
2
charge is within, and “wipe” the charge onto the
inner surface of the cup.
• Use the relationships given below to calculate the
charge that has been transferred.
• For a capacitor of capacitance C, the relationship
between the charge Q and the voltage U is:
• Since U
• The capacitor U8403501 has the known capacitance
UCQ ⋅=
= UIN, the output voltage from the
OUT
electrometer gives a measure of the charge
CUQ
⋅=
OUT
Q:
C = 10 nF, and therefore the charge can be
calculated.
Fig. 1 Experiment set-up for measuring charges in electrostatics
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Technical amendments are possible
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