Юный техник, 2008 № 01

У поверхности Земли есть небольшой ионный ток, направленный сверху вниз. Его плотность, измеренная чувствительными приборами, составляет несколько пикоампер на квадратный метр. По всей же поверхности Земли этот ток достигает тысяч ампер. Современной науке еще не совсем ясны механизмы генерации атмосферного электричества: по одной из теорий отрицательный заряд к Земле переносят молнии, ведь в каждый момент на Земле бушует около двух тысяч гроз. Перед грозой и в других случаях активной электризации в атмосфере напряженность поля сильно возрастает.

На рисунке 1 условно показана электрическая цепь циркуляции зарядов в нижних слоях атмосферы.

Рис. 1

Видно, что под облаками поле даже меняет направление, поскольку нижняя часть облака заряжена отрицательно.

Исследователь атмосферного электричества И. М. Имянитов пишет: «При высоких значениях электрического поля у земной поверхности порядка 500…1000 В/м начинается электрический разряд с острых вытянутых предметов (травы, деревьев, мачт, труб и т. д.), который иногда становится видимым (т. н. огни св. Эльма, особенно яркие в горах и на море). Возникающие при метелях, ливнях и особенно грозах токи коронирования способствуют обмену зарядами между Землей и атмосферой».

Простой электрометр, который мы советуем собрать, позволяет провести массу интересных наблюдений и обнаруживать медленно изменяющиеся электрические поля не только от грозовых облаков за окном, но даже от наэлектризованной расчески, перемещаемой по комнате.

Основа прибора — полевой транзистор КП303Г, специально предназначенный для электрометрических устройств, но можно использовать транзисторы этого типа и с другим буквенным индексом и даже полевые транзисторы других типов. Устройство собрано в пластиковой банке из-под продуктов, антенной служит металлическая крышка, например, от круглой коробки конфет, как видно на рисунке 2.

Рис. 2

В боковой стенке банки вырезано отверстие под измерительную головку — микроамперметр на 100 мкА. Вполне подойдут и иные головки, например, от индикатора уровня записи старого магнитофона. На другие боковые стенки корпуса выведены выключатель питания (любого типа), кнопка для «обнуления» показаний, ручка потенциометра установки нуля, а также заземляющий винт или клемма, к которой надо прикасаться пальцем, держа корпус в руках. Схема прибора показана на рисунке 3.

Рис. 3

Большинство деталей смонтировано прямо на выводах головки и других закрепленных деталей. Расположение элементов особого значения не имеет. Следует позаботиться лишь о хорошей изоляции проводов от затвора транзистора к антенне и кнопке «обнуления». Лучше, если эти провода провести просто в воздухе. Конденсатор емкостью 150 пФ (она некритична и может быть от 100 до 1000 пФ) должен иметь малый ток утечки, иначе заряд с затвора и антенны будет стекать слишком быстро. Для питания подойдет батарея типа «Крона» или «Корунд» на 9 В, ее можно закрепить скобочкой из одножильного монтажного провода в изоляции. Потребляемый устройством ток чрезвычайно мал, не более 0,1 мА, поэтому батареи хватит очень надолго. Вид на монтаж сверху (при снятой крышке-антенне) показан на рисунке 4.

Рис. 4

Для уменьшения утечек перед сборкой хорошо вымойте с мылом все детали и просушите их феном.

Собрав все и тщательно проверив правильность соединений, временно отсоедините один вывод оксидного конденсатора 2200 мкФ, включите питание и подождите несколько минут. Затем, удерживая нажатой кнопку «обнуления», выведите стрелку прибора на середину шкалы потенциометром установки нуля. Присоедините оксидный конденсатор на место, еще раз нажмите кнопку и опять подождите. Стрелка должна вернуться на середину шкалы. Теперь, отпустив кнопку, вы уже будете замечать по отклонению стрелки все изменения электрического поля вокруг прибора, например, перемещение вашего тела, а уж движение заряженной расчески — на расстоянии нескольких метров!

Иногда заряд накапливается и на пластиковом корпусе прибора. Чтобы его снять, достаточно провести рукой по корпусу, прикасаясь одновременно к заземляющему винту.

Смысл ваших манипуляций в следующем: нажимая кнопку, вы соединяете затвор транзистора с потенциометром, позволяющим установить ток через транзистор 50 мкА (середина шкалы). При отпущенной кнопке конденсатор 150 пФ сохраняет потенциал затвора, но если на антенну воздействуют электрические поля, то напряжение на затворе изменяется, что и отмечает прибор. Резистор сопротивлением 47 кОм ограничивает максимальный ток через головку, а оксидный конденсатор 2200 мкФ позволяет лучше передать быстрые (с периодом менее 100 с) изменения напряжения на антенне.

В заключение несколько советов: прибор реагирует на сильно наэлектризованные облака даже из комнаты, с подоконника, поэтому не старайтесь выходить на открытые места или поднимать прибор высоко перед грозой — это опасно.

В. ПОЛЯКОВ, профессор

НАШИ ЧЕМПИОНЫ Знакомьтесь: Катя Лютина