Ballistische Ladungsmessung mit dem Spiegelgalvanometer
Diese Methode ist wohl etwas altertümlich, sie hat jedoch den entscheidenden Vorteil, dass der Aufbau des Gerätes leicht zu verstehen und es also also keine "black box" ist. Das Spiegelgalvanometer ist nichts anderes als ein sehr empfindliches Drehspulinstrument.
Die vom Messstrom durchflossene Spule hängt an einem oben und unten fixierten Torsionsdraht, der meist auch als Stromzuführung dient.
Als Zeiger dient ein Lichtstrahl, der an einem am Draht befestigten Spiegel reflektiert wird und dann auf eine Skala trifft.
Schickt man Strom durch die Spule, so wird sie zum Elektromagnet und versucht, sich im Feld des Permanentmagneten zu drehen und damit Spiegel und reflektierten Lichtstrahl mitzudrehen.
Dem durch magnetische Kräfte bewirkten Drehmoment wirkt das rücktreibende Drehmoment des Torsionsdrahts entgegen.
Auf Grund des relativ geringen rücktreibenden Drehmoments des Torsionsfadens und des schon bei kleinen Winkeln erheblichen Ausschlag des Lichtzeigers ist das Gerät für sehr kleine Ströme geeignet.
Das Spiegelgalvanometer ist insbesondere zur Messung von Ladungen geeignet, weil bei sehr kurzen Stromstößen (kürzer als die Schwingungsdauer des Galvanometers) das Spiegelgalvanometer kurz ausschlägt und dann hin und her pendelt wie eine Schaukel. Der dabei zu messende Maximalausschlag ist nur abhängig von der während des Stromstoßes geflossenen Ladungsmenge und unabhängig vom zeitlichen Verlauf des Stromstoßes.
Der Stoßausschlag bleibt also gleich, wenn man die Stromstärke verdoppelt und gleichzeitig die Durchflusszeit halbiert. Diese Art der Messung nennt man ballistische Messung.
Wenn du an Details zur ballistischen Ladungsmessung mit dem Spiegelgalvanometer interessiert bist, so kannst du dir diese hier einblenden.
Ladungsmessung mit dem Messverstärker
Bei der Ladungsmessung mit dem Messverstärker stellt man den Messbereich am als Ladungsmesser genutzten Messverstärker in der zu erwartenden Größenordnung ein. Im Messverstärker selbst wird durch eine Halbleiterschaltung der fließende Strom verstärkt und der verstärkte Strom durch ein normiertes, etwas unempfindlicheres Amperemeter geleitet. Durch einen eingebauten Kondensator wird der Messverstärker i.d.R. vor zu großen Strom bzw. Spannungsspitzen geschützt. Weiter können solche Messverstärker Ladung sowohl ballistisch (also als Stoßausschlag) als auch statisch durch eine entsprechende Speicherschaltung messen.
Die Ausgabe des Messwertes erfolgt i.d.R. über eine Spannungsausgabe im Bereich von \(0-10\,\rm{V}\). Hier wird meist ein großes Zeigermessgerät angeschlossen, um den Messwert gut sichtbar zu präsentieren.
Ladungsmessung mit dem Elektrometerverstärker
Dieses Gerät ist eine etwas einfachere Ausführung des Messverstärkers und wird häufig in Schülerversuchen eingesetzt. Man bringt an den Eingang des Operationsverstärkers einen Faradaybecher und misst die verstärkte Ladung, die von diesem zum Potentialausgleich abfließt. Als Anzeigegerät dient ein Multimeter.