Měření elektrostatických polí reziduálních elektrických nábojů
Úkol měření:
Změřit intenzitu elektrického pole náboje lokalizovaního na ploše za přítomnosti
člověka a v závislosti na vzdálenosti.
Teorie:
Masový rozvoj výroby umělých hmot, které jsou zpravidla vynikajícími elektrickými
izolanty, a jejich aplikací v interiérech (podlahoviny, textílie, oděvy,
obaly aj.) přinesl masový výskyt efektu, který dříve byl pouhou fyzikální
kuriozitou. Jde o zobecněný triboelektrický efekt (podrobnosti při
přednáškách). Jeho význam pro životní prostředí, zejména v interiérech
není dosud v celé šíři vyjasněn. Zatím se předpokládá, že nejdůležitějsí
roli hraje při distribuci aerosolů. Současné obytné, studijní, pracovní
aj. interiéry jsou obvykle prostoupeny elektrickými poli nábojů lokalizovaných
na různých předmětech, popřípadě generovaných různými přístroji. Jejich
znalost je pro studium problematiky životního prostředí nezbytná.
Nejvýznamnější z přístrojů, kterými lze uvedená pole (a samozřejmě
i jiná) měřit, je tzv. rotační voltmetr, označovaný v zahraniční literatuře
obvykle jako snímač field mill. Existuje v několika variantách. V rámci
laboratorní úlohy se používá rotační voltmetr plošný, který je tvořen izolovanou
elektrodou tvaru hvězdice, nad níž se pomocí synchronního motoru otáčí
uzemněná elektroda, rovněž tvaru hvězdice. Je-li přístroj v elektrickém
poli, pak se v izolované elektrodě (není-li zrovna překryta rotující elektrodou)
indukuje elektrický náboj. Ten je při překrytí elektrody uzemněnou rotující
elektrodou odveden prostřednictvím odporu do země. To se peridocky opakuje,
takže na odporu lze snímat střídavé napětí, jehož amplituda je úměrná intenzitě
měřeného elektrického pole. Časový průběh napětí na odporu je ovlivněn
tvarem obou elektrod. Má-li nehybná elektroda tvar listu vyhovující rovnici 1
(v polárních souřadnicích), kde N je počet párů listů a ostatní parametry
jsou na obr. 1, je potom napětí na odporu sinusové.
(obr. 1)
(rovnice 1)
Postup měření:
-
Seznámíme se s aparaturou. (viz též obr. 2).
-
Do drážky pro vzorky vložíme kovovou desku, spojíme ji s kostrou rotačního
voltmetru (dále RV), který je těsně u desky. Zapneme měřící přístroj
ve funkci AC voltmetru na rozsahu 2 V. Zapneme RV pomocí mezišňůrového
vypínače a ověříme, že v blízkosti RV je nulové elektrické pole.
-
Vypneme RV, vyjmeme kovovou desku a přisuneme RV k okraji základové desky
TV monitoru. Ten zapneme bez vstupního signálu (pouze svítí obrazovka).
Zapneme RV a měříme napětí (elektrické pole) v závislosti na vzdálenosti
RV od TV. Pomocí konstant na přístroji převedeme měřené napětí na hodnoty
intenzity el. pole. Měření opakujeme se změněným nebo úplně staženým jasem
TV. Po měření TV monitor vypneme.
-
Do drážky pro vzorky vkládáme postupně desky z polymetylmetakrylátu, polyvinylchloridu,
polystyrenu a polytylenu a měříme intenzitu elektrického pole v závislosti
na vzálenosti RV od měřené desky. Pokud není na deskách a fóliích reziduální
náboj, uvolníme jej triboprocesem. Všechna měření zopakujeme 2x až 3x,
abychom ověřili časovou stálost náboje.
-
Naměřené výsledky zpracujeme graficky.
(obr. 2)
Přístroje a pomůcky:
Rotační voltmetr, základová deska, TV monitor, analogově digitální voltmetr
multimetr, desky a fólie z různých materiálů.
Upozornění:
Za chodu RV je zakázáno se k němu přibližovat a vkládat do blízkosti rotační
části jakékoliv předměty.
Kontrolní otázky a úkoly:
-
Ověřte možnosti odstranění reziduálních nábojů na předmětech, popř. jejich
odstínění.
-
Promyslete problematiku absolutních a relativních chyb RV.
-
Navrhněte objektivní měření elektrostatických polí pomocí RV (tj. bez přítomnosti
osoby u zdroje pole).
-
Jaký vliv má na elektrostatické pole maximální a minimální jas obrazovky
a proč?
-
Jakou polaritu má plošný náboj na vnější ploše čelního skla obrazovky?
-
Jaký vliv na reziduální náboje na předmětech má teplota vzduchu a teplota
rosného bodu?
Literatura:
-
Přednáškové texty předmětu Ekologie a ekotechnika
-
Gábriš M.: Elektrostatiské zariadenia, ALFA Bratislava, 1964
-
Horevaj M.:Kandidátská práce, ČVUT FEL 1964