Electrómetro

El electrómetro es un instrumento de medición que se utiliza para determinar la carga eléctrica de un cuerpo. El primer electrómetro se inventó en 1909 por Theodor Wulf, que medía la producción de iones en un espacio cerrado. No obstante, su antecesor directo fue el electroscopio, inventado en el siglo XVIII por el investigador inglés Abraham Benet.

La función del electroscopio viene siendo la misma que la del electrómetro. Funcionaba con una varilla metálica que poseía en un extremo dos láminas delgadas de aluminio y por encima de la varilla una esfera y al acercar dicha esfera a un objeto cargado eléctricamente, las láminas de aluminio se repelen.

¿Qué es el Electrómetro?

El electrómetro funciona por el principio de la fuerza electrostática, esta es una de las cuatro fuerzas fundamentales que actúa atrayendo o repeliendo (dependiendo sus signos), cuerpos con cargas eléctricas. Estas interacciones son denominadas fenómenos magnéticos. Los primeros electrómetros ya prácticamente no se usan pero describen bien su principio.

Los electrómetros son cajas que poseen un electrodo aislado que soporta una lámina de oro; la cual se moverá sobre una escala graduada, al entrar en contacto con un elemento cargado, indicando la carga del mismo. Si los electroscopios eran más bien indicadores, los electrómetros son efectivamente medidores de cargas eléctricas.

Los electrómetros modernos funcionan con circuitos integrados, que son pequeñas estructuras semiconductoras y están construidos en totalidad en materiales sólidos. Los electrómetros pueden medir corrientes ínfimas llegando al femtoampere, base de unidad eléctrica. Hay electrómetros que para realizar las mediciones emplean amplificadores operacionales.

¿Para qué sirve el Electrómetro?

El electrómetro es un instrumento que mide la carga eléctrica, corriente eléctrica y diferencia potencial, pero ¿qué quiere decir esto? La carga eléctrica es la propiedad de atracción y repulsión entre partículas por medio de un campo electromagnético; la corriente eléctrica es el flujo de carga que recorre un cuerpo y la diferencia potencial es el impulso que hace fluir a la carga.

El electrómetro mide las cargas en los cuerpos inducidas indirectamente. Su estructura está conformada por un vaso de faraday, para anular el efecto de los campos externos sobre el campo electromagnético interior; un condensador para almacenar la energía y un amplificador de tensión, todas partes interconectadas para medir las cargas eléctricas.

Hay varios instrumentos que miden corriente, como los multimetros; la diferencia fundamental del electrómetro es que mide tensiones extremadamente bajas. La unidad de la carga eléctrica es el Coulomb y la de la corriente el ampere, al medir el electrómetro en femtoamperes, está midiendo miles de electrones por segundo que fluyen en la muestra.

Usos del Electrómetro

El electrómetro es un instrumento altamente especializado. Suele usarse en los campos de espectroscopia, que estudia la relación entre la radiación electromagnética y la materia; la aceleración de partículas, la tecnología de alto vacío, que requiere gas con una presión inferior a la atmosférica y en investigación atmosférica, por mencionar las que más lo utilizan.

Para darte un ejemplo del uso del electrómetro, si haces uso de un capacitor o condensador eléctrico, que sirve para el almacenamiento de cargas eléctricas, este además de tener una corriente de carga tiene una corriente de fuga por las imperfecciones del material aislante. Esta fuga es mínima pero necesaria de determinar y para ello se emplea el electrómetro.

De hecho si se piensa en el primer electrómetro, Theodor Wulf lo ideó para medir la producción de iones que, como átomos con cargas eléctricas derivadas de la pérdida o adquisición de electrones, son medibles por el instrumento. Uno de sus usos más comunes, inicialmente, era la de detección de radiación ionizante, aunque actualmente para ello se emplea el dosímetro.

Tipos de Electrómetros

Existen tres tipos de electrómetros distintos, dos de ellos inventados por Lord Kelvin, matemático, físico e ingeniero del siglo XIX que tuvo prominentes contribuciones a la ciencia, quien en 1857 publicó una descripción del funcionamiento del electrómetro. El tercero es el electrómetro de filamento de Hakel, para los que procedere a darte una breve descripción:

  • Electrómetro absoluto de Lord Kelvin

Este electrómetro da una medida absoluta, a través de la medición del peso de atracción de dos platillos colocados horizontalmente de forma paralela, donde uno es más pequeño que el otro y es recubierto por un anillo. Entre los platillos se aplica un voltaje y este permitirá el desplazamiento de los platillos, lo que dará paso a la medición del potencial.

  • Electrometro de filamento de Hankel

Funciona con un filamento de platino que tiene un diámetro de 1 o 2 mm y actúa desplazándose entre potenciales opuestos. La medición se realiza con un visor micrométrico. Detecta diferencias de 1 a 100 voltios.

  • Electrómetro de cuadrantes de Lord Kelvin

Caja metálica con cuatro cuadrantes en la que está suspendida una aguja en forma de ocho que puede estar conectada a los cuadrantes o a una fuente externa. La carga a medir es colocada sobre el objeto de forma directa o inducida; al estar dicho objeto cargado girará hacia un lado u otro indicando la medición.

Estos modelos son los electrómetros clásicos de los que se derivan los actuales, que cabe destacar están conformados por condensadores, amplificadores y circuitos; siendo instrumentos de medición eléctricos que poseen una gran precisión y múltiples funcionalidades. No obstante, sus principios de funcionamiento siguen derivando de los primeros modelos.

Características de un Electrómetro

A pesar de las diferencias de diseños entre los tipos de electrómetros, todos basan su medición en la desviación dada por una carga, y a través de ello medir las diferencias potenciales. Las principales características del electrómetro son los electrodos de medición y el indicador de desviación. Aunque los modernos son más bien cajas completamente digitales.

Importancia del Electrómetro

Las corrientes menores a 20 mA no son medibles con instrumentos de medición de corriente como el multímetro. Esta clase de mediciones sólo pueden realizarse con el electrómetro que posee una resolución en fetomapere. Este tipo de mediciones son necesarias en las áreas donde se trabaja con gases ionizados o conducción eléctrica en elementos al vacío para poder llevar el control exacto de las cargas y diferencias potenciales que se emplean.

El mundo de la física es sumamente extenso y emplea una interrelación entre muchas áreas; para poder llevar el control de todos sus elementos a través del tiempo se han empleado diversos instrumentos que se van perfeccionando con el tiempo.

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