Изучение электрических полей с помощью полупроводникового электрометра

 Разработка прибора

Электрические заряды и поля в школьном курсе изучают при помощи пробного заряда. Но это неудобно, ненаглядно и порой неубедительно.

Поэтому мы решили разработать для этого более современный прибор.

Электрометр представляет собой мост постоянного тока. Плечами моста являются сопротивления R1, R2, R3, R4 и полевой транзистор с изолированным затвором (рис.1) и встроенным каналом. Транзистор КП 3005* имеет следующие выводы:  З – затвор, С – сток, И – исток и К – канал.

В зависимости от знака заряда, приближаемого к транзистору, сопротивление между С и И изменяется. Чем больше величина заряда и чем ближе заряд к затвору, тем сильнее изменяется его сопротивление.

Рассмотрим принцип действия равноплечего моста.

1. Если вблизи от транзистораVТ1 нет заряда, а соответственно и электрического поля, то сопротивления получаются, подобраны так, что напряжения между точками 1 и 2 нет, т.е.V12 и величина тока через mА=0.

Балансировку этого мы можем произвести, подбирая R*1  и  R*2, а также с помощью переменного резистора R3~.

2. Если поднести к затвору VТ1 положительный заряд (т.е. поместить транзистор в электрическое поле), то сопротивление VТ1 уменьшается и ток I1 увеличивается, а I2 уменьшается в (•) 1 часть его пойдёт через mА от (•) 1ко 2 (•)  и чем больше значение электрического поля, тем больше сила тока.

3. Если поднести к затвору отрицательный заряд, то сопротивление VТ1 увеличится, I1 – уменьшится, I2 – увеличится и часть его пойдёт от (•)2 к (•)1, в обход транзистора VТ1 и стрелка mА отклонится в другую сторону.

 Вывод: по направлению отклонения стрелки mА можно судить о знаке и величине заряда тела.

При изготовлении прибора следует соблюдать меры предосторожности при монтаже транзистора. Он очень чувствителен к механическим, тепловым и электростатическим воздействиям. В момент пайки выводы транзистора закорачивают, а жало паяльника заземляют. Мы просто применили отдельную панельку, в которую его можно просто вставить. Затвор транзистора отгибают в сторону, он является приёмной антенной. В процессе работы на затворе накапливается заряд, для его снятия перед началом работы с прибором его нужно снять. Для этого необходимо замкнуть пинцетом выводы затвора и стока. При желании и необходимости между mА и R3~ можно включить дополнительное сопротивление R5~, которым можно будет регулировать чувствительность прибора.

Возможности применения прибора

С помощью электрометра можно:

·        Определять знак и относительную величину заряда тела;

·        Показать процесс разделения зарядов;

·        Определять линии одного потенциала;

·        Исследовать электрические поля вокруг тел сложной формы;

·        Определять однородность поля;

·        Изучать поле конденсатора;

·        И т.п.

Модернизация прибора

Если вместо миллиамперметра или параллельно с ним включить поляризованное реле, то в качестве индикатора знака заряда, создающего изучаемое поле можно использовать обычную лампу накаливания.

Заключение

Созданный прибор позволяет более удобно и качественно изучать электрические поля и заряды и может быть применен как в качестве учебного средства, так и для других целей (например, сигнализации).

Список литературы

·        Иванов Б. С. Электронные самоделки: Кн. для учащихся 5–8 кл. – М.: Просвещение, 1985.– 143 с.

·        Мамзелев И. А., Капелин Г. Г. Основы радиоэлектроники. Учебное пособие по факультативному курсу для учащихся 7–8 кл. М.: Просвещение, 1978.– 160 с.

·        Путятин Н. Н. Радиоконструирование. Методическое пособие для руководителей радиокружков. М.: ДОСААФ, 1975.– 222 с.

·        Элементарный учебник физики. Под ред. акад. Г. С. Ландсберга, т. II, М., 1967.–472 с.

·        Журналы "Физика в школе", "Юный техник".

назад