3B Scientific Electrometer User Manual [en, de, es, fr, it]

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. 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

Eingangswiderstand: > 10

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

•

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

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. 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

Input resistance: > 10

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

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

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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