Вопросы для обсуждения по 1 главе:
Какое физическое явление используется для поворота кружков – индикаторов в телеграфе Шиллинга?
Взаимодействие магнитного поля, создаваемого катушкой с током, с магнитной стрелкой, подвешенной на упругой нити. Без тока в катушке магнитная стрелка располагается так, что закрепленный на ней кружок располагается ребром к наблюдателю.
Катушка создает горизонтальное магнитное поле с напряженностью H. Магнитная стрелка обладает определенным магнитным моментом ms, который представляет собой вектор, направленный вдоль оси стрелки. Под действием вектора напряженности магнитного поля H магнитная стрелка, подвешенная на упругой нити, поворачивается, стремясь расположиться вдоль вектора. Вместе с ней поворачивается одной из своих сторон к наблюдателю (черной или белой), закрепленный на той же нити, кружок. При изменении направления вектора H на противоположное (при изменении направления тока через катушку) магнитная стрелка вместе с закрепленным кружком также поворачивается на 180 градусов.
Какими свойствами должна обладать нить, на которой закреплены кружок и магнитные стрелки?
Нить, на которой закреплены кружок и две магнитные стрелки, должна обладать упругостью, которая проявляется в том, что при закручивании нити возникает вращающий момент, противодействующий ее закручиванию. Момент противодействия пропорционален упругости нити А и углу закручивания α.
.
При протекании тока через катушку возникает магнитное поле с напряженностью H, направленной перпендикулярно оси магнитной стрелки, расположенной в катушке. При взаимодействии напряженности магнитного поля H с магнитным моментом стрелки ms возникает вращающий момент
,
где k – коэффициент пропорциональности между величиной протекающего через катушку тока и величиной напряженности магнитного поля, создаваемого катушкой.
Стрелка останавливается в некотором положении, которому соответствует равенство вращающего и противодействующего моментов. Из равенства моментов можно получить выражение для величины угла закручивания α
.
На рис. построена зависимость установившегося значения угла закручивания от тока через катушку, построенная по выше приведенному выражению. Видно, что угол закручивания α с увеличением тока стремится к установившемуся значению π/2. При умеренных значениях тока через катушку угол закручивания будет меньше. Знак угла закручивания определяется направлением тока через катушку.
Зачем в поворотном механизме используются 2 магнитные стрелки?
Магнитная стрелка реагирует на магнитное поле Земли и при горизонтальном расположении она устанавливается вдоль горизонтальной составляющей земного магнитного поля. При использовании одной магнитной стрелки ее первоначальное положение будет зависеть от пространственного расположения аппарата Шиллинга. Для того, чтобы исключить этот недостаток Шиллинг использует две одинаковые магнитные стрелки, подвешенные на одной нити на разной высоте параллельно друг другу. Одна из них находится в катушке. Их собственные магнитные моменты одинаковы и противоположно направлены. Магнитное поле Земли создает в двух стрелках вращающие моменты противоположного знака (по часовой и против часовой стрелок), которые компенсируют друг друга. Магнитное поле тока в катушке воздействует только на одну стрелку, которая и вызывает закручивание нити.