- •1. Электроёмкость
- •2. Назначение и принцип действия гальванометра магнитоэлектрической системы
- •3. Основы теории гальванометра
- •Если рамка состоит из n витков и угол отклонения мал (sin ) то
- •Эдс, индуцируемая в витках обмотки рамки при ее движении: •
- •4. Теория баллистического гальванометра
- •5. Метод измерения и аппаратура
- •6. Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
2. Назначение и принцип действия гальванометра магнитоэлектрической системы
Гальванометры служат для обнаружения и измерения слабых токов и напряжений. Баллистический гальванометр предназначен для измерения количества электричества.
Рассмотрим принцип действия гальванометра с подвижной катушкой (рис. 3).
В магнитном поле постоянного магнита NS укреплен цилиндр из мягкого железа. В зазоре между полюсами магнита и цилиндром может свободно вращаться рамка 1, составленная из плотно уложенных витков изолированной тонкой проволоки и подвешенная на упругой нити 2. Для отсчета углов поворота рамки служит зеркальце 3, на которое падает световой луч от осветительного устройства. Исследуемый ток подводится с помощью токопроводящих нитей 2 и 4. В состоянии покоя рамка расположена параллельно магнитным силовым линиям. При протекании тока по ее обмоткам возникает сила, действующая со стороны магнитного поля на рамку с током. В результате этого рамка будет стремиться повернуться вокруг своей оси перпендикулярно силовым линиям постоянного магнита. Этому перемещению рамки будут противодействовать силы кручения упругой нити 2. В итоге рамка поворачивается на некоторый угол .
3. Основы теории гальванометра
Характер движения рамки гальванометра можно установить на основе второго закона механики для вращательного движения:
, (8)
где J – момент инерции подвижной части гальванометра; – угол поворота рамки; – угловое ускорение; Мi – сумма моментов действующих сил.
На рамку действуют:
а) Вращающий момент М1 , обусловленный взаимодействием тока с магнитным полем. Величина этого момента может быть определена следующим образом. По закону Ампера* в магнитном поле, вектор магнитной индукции которого равен B, на элемент длины dl проводника с током i действует сила:
dF = i[dl B].
Н аправление dF определяют по правилу векторного произведения, если dl приписать направление тока. Вычислим вращающий момент, действующий на рамку с током в магнитном поле (рис. 4). Для этого нужно просуммировать силы dF, действующие на элементы AD, CD, CP, PA контура рамки. Силы, действующие на участки AD, CP, по закону Ампера лежат в плоскости рамки и уравновешивают друг друга (рамку считаем твердым телом).
Рис. 4
А мпер Андре Мари (1775–1836) – французский физик, математик и химик. Основные физические работы посвящены электродинамике.
Силы F1 и F2 , действующие на участки PA и CD, также направлены в противоположные стороны, но они образуют пару сил и приводят, к вращению рамки вокруг оси. Эти силы направлены перпендикулярно магнитным силовым линиям и стремятся повернуть рамку параллельно полюсам магнита N – S. Абсолютная величина сил равна:
F1 = F2 = il1B, где l1 = PA = CD, sin (l, B) = 1.
Плечо сил равно:
l2cos , где l2 = PC = AD.
Вращающий момент равен:
M1 = F1PO = i l1 l2B cos .
При малых углах отклонения cos = 1.
Величина l1 l2 = S есть площадь рамки. Если рамка состоит из n витков, то очевидно, вращающий момент увеличиться в n раз. Тогда
M1 = nBiS.
б) Тормозящий момент M2 пропорциональный скорости вращения рамки, обусловлен электромагнитным и воздушным сопротивлениями:
M2 = – k2d/dt. (10)
Этот момент в основном обусловлен индукционными токами в рамке. Если не учитывать воздушное сопротивление, то величину коэффициента k2 можно определить следующим образом. Поток магнитной индукции, пронизывающий один виток рамки при отклонении ее на угол (рис. 4), равен:
Ф1 = l2sin l1B = SB sin .