Elektrostatische Waage

Kurzbeschreibung

Die elektrostatische Waage ist auch unter den Begriffen Spannungswaage, Potentialwaage oder Kirchhoffsche Waage bekannt. Drei bis vier Zentimeter über einer Seite einer Tafelwaage wird eine isolierte Platte angebracht. Lädt man Platte und Waage mit dem Hochspannungsgerät entgegengesetzt auf, so wird die Waagschale gegen die Platte gezogen und hebt dabei sogar ein 5 g-Gewicht, das man auf den Schnabel der Waage legt. Die Höhe der Spannung zeigt ein angeschlossenes elektrostatisches Voltmeter an.
Eingestellt wird der Spannungswert bei dem die rechte Waageseite gerade noch oben gehalten werden kann. Je größer der Abstand zwischen den Platten gewählt wird, desto höher muss die angelegte Spannung sein um diese noch zu halten. Bringt man nun ein festes Dieelektrikum zwischen die Platten verringert sich die benötigte Spannung zum Halten der angezogenen Platte. Die elektrostatische Waage (vermutlich von Gustav Robert Kirchhoff entwickelt) wurde ursprünglich dazu verwendet, um die elektrische Permittivität verschiedener Dieelektrika zu bestimmen oder auch um hohe elektrische Spannungen zu messen.

Betriebsanleitungen: Lampen, Elektrogeräte, Hochspannungsmessgerät LD 25 KV

Physikalische Erklärung

Für die elektrostatische Kraft F mit der die Platten angezogen werden gilt:

F = 1/2 · E · Q = 1/ 2 · U/d · C · U = 1/ 2 ε₀ · ε_r · A /d ² · U ²

E: Feldstärke
Q: Ladungsmenge
d: Plattenabstand
ε₀elektrische Feldkonstante
ε_r: relative Permittivität des Dieelektrikums
A: Fläche einer Platte

Der Faktor 1/2 tritt auf, weil die negative Platte, auf der wir die Kraftwirkung betrachten, sich im Feld der positiven Platte befindet. Sie ist nur dem Feld der positiven Platte ausgesetzt, nicht aber dem eigenen. Darum ist die wirksame Feldstärke für die negative Platte nur halb so groß wie die messbare Feldstärke zwischen beiden Platten.

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