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検 電器は、物体に電荷が存在するかどうかを検出するために用いられた初期の科学機器です。これは、クーロン静電気力によって試験電荷が移動する様子を捉えることで検出します。物体の電荷量は、その物体にかかっている電圧に比例します。検電器で検出できるほどの電荷を蓄積するには、数百ボルトから数千ボルトの電圧が必要となるため、検電器は静電気や静電発電機などの高電圧源と組み合わせて使用されます。検電器は電荷量の概算値しか示すことができません。電荷を定量的に測定する機器は、電位計と呼ばれます。
検電器は最初の電気計測器でした。最初の検電器は、 1600 年頃にイギリスの医師ウィリアム・ギルバートによって発明された回転針（ヴェルソリウムと呼ばれる）でした。 [ 1 ] [ 2 ] 髄球検電器と金箔検電器は、静電気の原理を実証するために物理教育で今でも使用されている2 つの古典的なタイプの検電器です。 [ 2 ]石英繊維放射線線量計にも検電器の一種が使用されています。オーストリアの科学者ヴィクトル・ヘスは宇宙線の発見に検電器を使用しました 。
1731年、スティーブン・グレイは、近くにある帯電した物体に引き寄せられる単純な吊り下げ糸を使用しました。これは、1600年のギルバートのヴェルソリウムに対する最初の改良でした。 [ 3 ]
1754 年にイギリスの教師で物理学者であったジョン・カントンが発明した髄球検電器は、もともとは髄と呼ばれるスポンジ状の植物材料である軽量の非導電性物質の小さな球が 1 つまたは 2 つ、絶縁されたスタンドのフックから絹糸または麻糸で吊り下げられたものです。[ 4 ] [ 5 ]ティベリウス・カヴァロは1770 年に銀線の先に髄球を取り付けた検電器を作りました。[ 3 ]現代の検電器は通常、プラスチック製の球を使用します。物体に電荷があるかどうかを調べるには、物体を帯電していない髄球に近づけます。物体が帯電している場合、球は物体に引き寄せられて物体に向かって移動します。
引き合いは、髄球内部の原子の誘導分極[ 6 ]によって生じます。 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] すべての物質は、互いに近接して存在する帯電粒子で構成されています。各原子は、正に帯電した原子核と、それを囲む負に帯電した電子の雲で構成されています。髄は絶縁体であるため、球内の電子は髄の原子に束縛されており、原子から離れて球内を自由に動き回ることはできませんが、原子内ではわずかに移動することができます。図を参照してください。たとえば、正に帯電した物体(B)を髄球(A)に近づけると、各原子(黄色の楕円)内の負の電子(青色のマイナス記号)は引き寄せられ、物体に近い原子の側にわずかに移動します。正に帯電した原子核(赤色のプラス記号)は反発され、わずかに離れていきます。髄球内の負電荷が正電荷（C）よりも物体に近い位置にあるため、負電荷の引力は正電荷の反発力よりも大きくなり、結果として正味の引力が生じます。[ 7 ] この電荷の分離は微視的なものですが、原子の数が非常に多いため、小さな力が積み重なって、軽い髄球を動かすのに十分な力になります。
外部物体（B）が負電荷を帯びている場合、各原子の正電荷を帯びた原子核は外部物体に引き寄せられ、電子は外部物体から反発されます。このため、同じ極性の電荷よりも反対の電荷の方が外部物体に近くなり、結果として正味の引力が生じます。
髄球は帯電した物体に触れさせることで帯電させることができ、帯電した物体の表面にある電荷の一部が髄球の表面に移動します。そして、髄球は他の物体の電荷の極性を判別するために使用できます。なぜなら、髄球は自身と同じ極性または符号の電荷を持つ物体からは反発され、反対の極性の電荷を持つ物体からは引き寄せられるからです。
検電器には、吊り下げられた一対の髄球がよく用いられます。これにより、髄球が帯電しているかどうかを一目で判断できます。一方の髄球を帯電した物体に触れさせて帯電させると、もう一方の髄球が引き寄せられて接触し、帯電した物体の表面に電荷の一部が移ります。こうして両方の髄球は同じ極性の電荷を持つため、互いに反発し合います。髄球は互いに離れた逆「V」字型に吊り下げられます。この髄球間の距離から、おおよその電荷の大きさを推測することができます。
金箔検電器は、1787 年にイギリスの聖職者で物理学者であったエイブラハム・ベネットによって開発されました。[ 4 ]これは、当時使用されていた髄球や藁の刃の検電器よりも感度の高い装置です。 [ 11 ]金箔検電器は、通常真鍮製の垂直な金属棒の端から、薄くて柔軟な金箔の平行な2本の帯が垂れ下がっています。棒の上部には、検査対象の電荷を印加するための円盤または球状の端子が取り付けられています。[ 11 ]金箔を風から保護するために、金箔は通常底が開いたガラス瓶に収められ、導電性の台座の上に設置されています。多くの場合、瓶の中には、金箔の両側に接地された金属板または箔片が配置されています。これらは安全対策です。繊細な金箔に過度の電荷が印加された場合、金箔は接地板に触れて放電し、破れる前に放電します。また、空気を通して漏れた電荷がガラス壁に蓄積され、装置の感度を高めます。精密機器においては、端子の電荷が空気の電離によって漏れ出すのを防ぐため、ボトル内部を時折真空引きした。
金属端子に帯電した物体が触れると、金箔は逆「V」字型に広がります。これは、物体からの電荷の一部が端子と金属棒を通して金箔に伝導されるためです。[ 11 ]金箔は同じ符号の電荷を受け取るため、互いに反発し、広がっていきます。端子を指で触れて接地すると、電荷は人体を通して大地に伝達され、金箔は閉じます。
検電器の葉は、帯電した物体を端子に接触させることなく、静電誘導によって帯電させることもできます。帯電した物体を検電器の端子に近づけると、物体からの電界が導電性の検電器の棒と葉に電荷を誘導し、帯電した葉同士が反発し合うため、葉は広がります。反対の符号の電荷は近くの物体に引き寄せられて端子ディスクに蓄積され、同じ符号の電荷は物体から反発されて葉に蓄積されます（ただし、端子から出た分だけです）。そのため、葉は反発し合います。帯電した物体が近くにある状態で、指で検電器に瞬間的に触れて接地すると、反発された同じ符号の電荷が接点を通って接地され、検電器には物体とは反対の符号の正味電荷が残ります。正味電荷が端子端に集中しているため、葉は最初は自由に垂れ下がっています。帯電した物体を遠ざけると、端子の電荷が葉に広がり、葉は再び広がります。
ボーネンベルガー検電器は、19世紀初頭にドイツの物理学者ヨハン・ゴットリープ・フリードリヒ・フォン・ボーネンベルガーによって、それまでの金箔検電器の改良版として開発されました。この装置は、反対の電荷を持つ2枚の板の間に1枚の金箔を吊り下げることで感度を高め、電荷の存在と符号の両方をより明確に検出できるようにしました。[ 13 ]
ボーネンベルガー検電器は19世紀の実験物理学で広く使用され、ヨーロッパ中の大学の研究室、教育用資料、科学マニュアルに登場します。その設計は後の高感度検電器に影響を与えました。[ 14 ]
エバーバッハ＆サン社の検電器は、主に教育および実験室での使用を目的として設計されており、古典的な検電器の原理に従いながら、教育環境における堅牢性と標準化された構造を重視している。[ 15 ]
彼らは新しい電気原理を導入したわけではないが、北米における静電気学教育の標準化に貢献した。[ 16 ]
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