Alat Ukur Elektrostatis (Alat Ukur Listrik yang Bekerja Berdasarkan Prinsip Kerja Elektrostatis)

Alat ukur elektrostatis banyak diaplikasikan sebagai alat ukur tegangan (voltmeter) pada rangkaian yang dialiri arus listrik bolak-balik atau pun searah. Pada dasarnya kerja alat ukur ini adalah gaya tarik antara muatan-muatan listrik dai dua buah pelat yang memiliki nilai tegangan yang tetap. Gaya ini akan menimbulkan momen penyimpangan. Jika perbedaan potensial kecil maka gaya gaya yang dihasilkan juga kecil. Mekanisme dari alat ukur elektrostatis hampir sama dengan sebuah kapasitor variabel, yang akan bekerja apabila dirangkai dengan dua buah benda yang memiliki muatan listrik.

Gambar skema Voltmeter elektrostatis (rangkaian dasar alat ukur elektrostatis)

Gaya yang merupakan hasil dari interaksi tersebut, pada alat ukur ini dimanfaatkan untuk mengekarkan jarum penunjuk. Pelat X dan Y membentuk sebuah kepasitor variabel. Jika X dan Y dihubungkan dengan titik-titik yang potensialnya berlawanan (Vab), maka antara X dan Y akan terjadi gaya tarik-menarik karena X dan Y mempunyai muatan yang sama besarnya, tetapi berlawanan. Gaya yang dihasilkan akan menimbulkan momen putar yang akan digunakan sebagai penggerak jarum pada pelat X kearah kanan. Jika harga Vab semakin besar maka muatan kapasitor semakin bertambah. Dengan bertambahnya muatan maka akan menyebabkan gaya tarik menarik juga akan menjadi semakin besar, sehingga jarum akan bergerak ke arah kanan. Momen putar yang disebabkan oleh gaya tersebut akan dilawan oleh gaya tersebut akan dilawan oleh gaya reaksi dari pegas. Apabila momen dari kedua gaya ini sudah sama/seimbang, maka jarum yang berbeda pada pelat X akan berhenti pada skala yang menunjukan harga Vab.

Untuk menentukan momen putar yang dibangkitkan oleh tegangan yang masuk adalah sebagai berikut : misal simpangan jarum adalah 2, jika C adalah kapasitor pada posisi menyimpang maka muatan instrumen akan menjadi CV coulomb. Dimisalkan tegangannya berubah dari V menjadi V+dV, maka dampaknya 2, C, dan Q akan berubah menjadi 2 + d2 ; C + dC dan Q + dQ. Sekarang energi yang tersimpan dalam medan elektrostatis akan bertambah dengan :

dE = d(1/2 CV2) = 1/2 V2 .dC + CV . dV 

keterangan :
dE = Energi yang tersimpan (Joule)
CV = Muatan pada alat ukur

Jika T adalah besarnya momen pengontrol terhadap simpangan 2, maka besarnya tambahan energi yang tersimpan pada pengontrol ini adalah :

T . d2 (Joule)

Jadi energi total tambahannya adalah :

T . d2 + 1/2V² . dC + CV . dV (Joule)

Dari sini terlihat bahwa selama terjadi perubahan, sumbernya mensupply muatan sebesar dQ pada potensial  V.

Besar energi yang disupplykan  =  V . dQ
                                                = V . d(CV)
                                                = V² . dC + CV . dV (Joule)

Padahal energi yang disupply harus sama dengan energi extra yang trsimpan didalam medan dan pengontrol, maka dari dua buah persamaan yaitu persamaan energi total tambahan dengan energi total yang disupply  akan dihasilkan persamaan :

T . d2 + 1/2 V2 . dC + CV . dV = V2 . dC + CV . dV

                             T . d2 = 1/2 V2 . dC

                                                  T = 1/2V2 . dC/d2 (N.m)

Ternyata momen yang diperoleh sebanding dengan kuadrat tegangan yang diukur, baik DC maupun AC. Tetapi untuk skala pembacaannya adalah harga rmsnya.

http://news.chivindo.com/113/alat-ukur-elektrostatis-alat-ukur-listrik-yang-bekerja-berdasarkan-prinsip-kerja-elektrostatis-.html