10.4: Балістичний гальванометр та вимірювання магнітного поля
- Page ID
- 78538
Гальванометр схожий на чутливий амперметр, що відрізняється головним чином тим, що коли через лічильник не проходить струм, голка знаходиться посередині циферблата, а не на лівому кінці. Гальванометр використовується не стільки для вимірювання струму, скільки для виявлення того, протікає чи ні струм, і в якому напрямку. У балістичному гальванометрі рух голки не затухає, або настільки близький до незатемненого, як можна легко досягти. Якщо через балістичний гальванометр пропустити невелику кількість електрики за короткий в порівнянні з періодом коливання голки час, голка буде смикати зі свого положення спокою, а потім розгойдуватися туди-сюди в злегка заглушеному гармонійному русі. (Це був би простий гармонійний рух, якби він міг бути повністю знегашений.) Амплітуда руху, а точніше ступінь першого гойдалки, залежить від кількості електрики, яке було пропущене через гальванометр. Його можна було відкалібрувати, наприклад, розрядивши через нього різні конденсатори та склавши таблицю або графік амплітуди гойдалки в залежності від кількості пройденої електроенергії.
Тепер, якщо у нас є невелика котушка площі\(A\),\(N\) поворотів, опору\(R\), ми могли б розмістити котушку перпендикулярно магнітному полю\(B\), а потім підключити котушку до балістичного гальванометра. Потім раптово (за короткий час в порівнянні з періодом коливань гальванометра) вийміть котушку з поля (або поверніть її наскрізь\(90^\circ\)) так, щоб потік через котушку йшов від\(AB\) нуля. У той час як потік через котушку змінюється, і ЕРС буде індукована, рівна,\(NA\dot B\) і, отже, струм буде протікати на мить через котушку величини
\[I=\dfrac{NA\dot B}{R+r}, \label{10.4.1}\]
де r - опір гальванометра. Інтегруйте це щодо часу, з початковою умовою\(Q = 0\text{ when }t = 0\), і ми знаходимо для загальної кількості електроенергії, яка протікає через гальванометр
\[Q=\dfrac{NAB}{R+r}.\label{10.4.2}\]
Так як\(Q\) може бути виміряна амплітуда руху гальванометра, то\(B\) визначається напруженість магнітного поля.
Я згадав, що балістичний гальванометр відрізняється від звичайного гальванометра або амперметра тим, що його рух не затухає. Рух голки в звичайному амперметрі гасне, щоб голка не розгойдувалася бурхливо при зміні струму, і так, щоб голка швидко і цілеспрямовано рухалася до свого правильного положення. Як досягається таке демпфування?
Котушка лічильника рухомої котушки намотана навколо невеликої алюмінієвої рами, яка називається колишньою. Коли струм через котушку амперметра змінюється, котушка - і перша - розгойдується; але в першому індукується струм, який дає колишньому магнітний момент в такому сенсі, щоб протистояти і, отже, гасити рух. Опір першого зроблено в самий раз так, щоб досягалося критичне демпфування, щоб голка досягла свого рівноважного положення за найменший час без перенапруження або розгойдування. Маленький алюмінієвий формувач не виглядає так, ніби він був важливою частиною інструменту, але насправді його ретельний дизайн дуже важливий!