4. Устройство баллистического гальванометра.

Всякий гальванометр – это прибор, реагирующий на протекание электрического тока. Особенностью баллистического гальванометра является его повышенная инерционность. Это означает следующее: время установления очень мало, так что электрический ток во вторичной обмотке течёт очень недолго, но баллистический гальванометр реагирует на этот ток замедленно – ток уже прекратился, а стрелка гальванометра только-только начинает отклоняться. Отклонившись до некоторого значения, она – опять замедленно – возвращается в исходное нулевое положение. Но при этом оказывается так, что максимальное отклонение стрелки баллистического гальванометра  пропорционально заряду q, прошедшему через него за время протекания тока:

, (2.8)

где коэффициент пропорциональности k_г называется чувствительностью гальванометра.

Из (2.8) и (2.7) следует окончательная формула, определяющая способ измерения величины изменения магнитной индукции в образце:

. (2.9)

Число C в этой формуле называется градуировочным коэффициентом. Значение этого коэффициента зависит от характеристик вторичной обмотки и характеристик гальванометра, оно измерено изготовителем установки и указано на ней.

Баллистический гальванометр, используемый в данной лабораторной работе, относится к приборам зеркального типа, которые обладают повышенной чувствительностью. Его устройство показано на рисунке 2.2.

Роль стрелки в гальванометре выполняет зеркальце, которое поворачивается при пропускании через гальванометр электрического тока – чем больше сила тока, тем больше угол поворота зеркальца. На зеркальце падает узкий луч света от источника S. Для того чтобы луч был достаточно тонким, на его пути установлена трубка, называемая коллиматор. Луч света, попав на зеркальце, отражается и затем попадает на экран со шкалой. В результате в каком-то месте экрана светится «зайчик». Цифры на шкале представляют собой значения угла поворота зеркальца α, то есть то же самое, что и угол поворота стрелки в обычном стрелочном гальванометре.

3. П орядок выполнения работы

Терминология.

В процессе выполнения работы вам надо будет то включать лампы в цепи первичной обмотки, то выключать. При этом надо следить за зайчиком баллистического гальванометра. Перед включением/выключением зайчик находится на нулевой отметке шкалы, после включения/выключения зайчик приходит в движение в какую-то сторону и чрез короткое время достигает максимального отклонения, после чего начинает двигаться в обратную сторону. Вам надо заметить у какого деления шкалы зайчик оказался при своём максимальном отклонении. Это деление  будем называть отброс. Отброс будет считаться положительным, если зайчик отклонился вправо. При отклонении влево отброс – отрицательный.

Переключатель П может находиться в трёх положениях: в левом, среднем и правом. В среднем положении он размыкает цепь первичной обмотки, и ток в ней не течёт. В левом и правом положениях переключатель замыкает цепь, но при левом положении ток течёт в одну сторону, и силу тока, которую показывает амперметр, надо считать положительной, а при правом положении ток течёт в другую сторону, и силу тока надо считать отрицательной.

1. Заполните таблицу 3.1.

Таблица 1.

Условия эксперимента

Густота намотки в первичной обмотке	n1	1/см
Градуировочный коэффициент	C	Тл/дел.

2. Размагнитьте образец. Это означает, что надо привести его в такое состояние, когда при отсутствии внешнего магнитного поля (B₀ = 0) намагниченность образца J и магнитная индукция его собственного поля B равны нулю. Это можно сделать следующим образом.

• Замените в цепи первичной обмотки источник постоянного тока источником переменного тока, которым служит лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), подключенный к сети переменного тока. Для этого отключите в схеме на рисунке 2.1 участок 1-2, а вместо этого подключите другой участок 1-2, показанный на рисунке 3.1.

• Медленно поворачивайте ручку ЛАТРа так, чтобы ток в цепи возрастал до максимума⁹.

• Медленно поворачивайте ручку ЛАТРа в обратном направлении – так, чтобы ток в цепи уменьшился до нуля.

3. Замените в цепи первичной обмотки источник переменного тока источником постоянного тока – чтобы схема стала такой, какая показана на рисунке 2.1.

4. Выключите все лампы.

5. Включите цепь первичной обмотки, поставив переключатель П в левое положение.

6. И сследуйте участок a петли гистерезиса.

Для этого, следя за зайчиком гальванометра, включайте по порядку первую лампу, вторую и так далее. Каждый раз после включения очередной лампы измеряйте отброс зайчика  и силу тока в цепи первичной обмотки. Результаты записывайте в таблицу 3.2.

Таблица 3.2

Отбросы зайчика при включении ламп.

Номер опыта	I1		H	B	ΔB	Положение переключателя
	А	Дел.	А/м	Тл	Тл
1						Левое
2
3
4
5

7. Заполните в таблице 3.2 остальные столбцы. Для измерения напряжённости магнитного поля H следует пользоваться формулой (2.1). Для измерения величины изменения магнитной индукции ΔB следует пользоваться формулой (2.9). Каждое значение магнитной индукции следует определять по формуле , где B_n – значение магнитной индукции в предыдущем опыте. Перед первым опытом B = 0, поэтому .

8. Исследуйте участок b петли гистерезиса.

Для этого, следя за зайчиком гальванометра, выключайте по порядку первую лампу, вторую и так далее. Каждый раз измеряйте отброс зайчика  и силу тока в цепи первичной обмотки. Результаты записывайте в таблицу 3.3.

Таблица 3.3

Отбросы зайчика при выключении ламп.

Номер опыта	I1		H	B	ΔB	Положение переключателя
	А	Дел.	А/м	Тл	Тл
1						Левое
2
3
4
5

9. Заполните в таблице 3.3 остальные столбцы. При определении магнитной индукции по формуле обратите внимание на следующие два факта. Во-первых, перед первым опытом значение B – это значение B в последней строке таблицы 3.2. Во-вторых, все значения  и ΔB в таблице 3.3 – отрицательные.

10. Исследуйте участок c петли гистерезиса.

Для этого сначала поставьте переключатель П в правое положение. Затем, следя за зайчиком гальванометра, включайте по порядку первую лампу, вторую и так далее. Каждый раз измеряйте отброс зайчика  и силу тока в цепи первичной обмотки. Результаты записывайте в таблицу 3.4.

Таблица 3.4

Отбросы зайчика при выключении ламп.

Номер опыта	I1		H	B	ΔB	Положение переключателя
	А	Дел.	А/м	Тл	Тл
1						Правое
2
3
4
5

11. Заполните в таблице 3.4 остальные столбцы. Обратите внимание: все значения  и ΔB в таблице 3.4 – отрицательные.

12. По аналогии с тем, как вы исследовали участки a, b и c петли гистерезиса, исследуйте участки d, e, f и g. Для записи результатов измерений используйте таблицы 3.5 – 3.8, аналогичные таблицам 3.2, 3.3 и 3.4.

13. Используя результаты измерений напряжённости магнитного поля и магнитной индукции в образце, записанные в таблицах 3.2 – 3.8, постройте график зависимости B(H).

• Выделите для графика не менее половины страницы.

• Выберите подходящий масштаб, имея в виду, что по горизонтальной оси (оси абсцисс) надо откладывать значения напряжённости магнитного поля в образце H, а по вертикальной оси (оси ординат) – значения магнитной индукции в образце B.

• Нанесите на график экспериментальные точки в виде не закрашенных кружочков диаметром примерно 2 мм.

• Нанесите на график планки погрешностей. Это значит, что надо от каждой экспериментальной точки отложить влево и вправо отрезок длиной (H), а затем отложить вверх и вниз отрезок длиной (B). Как оценивать погрешности измерений (H) и (B), написано в пункте 4.

• Нарисуйте петлю гистерезиса – так, чтобы это была плавная линия, пересекающая планки погрешностей всех экспериментальных точек.