Методика измерений

Гальванометры - это электроизмерительные приборы высокой чувствительности, предназначенные для измерения зарядов, слабых токов и напряжений (порядка 10^-6 -- 10^-12 ампер или вольт). У гальванометра, применяемого в работе, подвижной частью является легкая четырехугольная рамка Р, на которую намотано несколько витков изолированной проволоки (рис.3).

Рамка подвешена на тонкой упругой электропроводной нити и может свободно поворачиваться в зазоре между двумя полюсными наконечни­ками постоянного магнита М и цилиндром Ц из мягкого железа, привинченным к пластинке П из немагнитного материала. Баллистическим называется гальванометр, момент инерции подвижной части которого специально увеличен для увеличения периода колебаний рамки. Если через гальванометр пропустить импульс тока, за время прохождения которого система практически не успеет сдви­нуться с места, то угол первого отброса подвижной системы  окажется пропорционален не току, а заряду q_x , прошедше­му через гальванометр.

У зеркального гальванометра роль указателя отклонения под­витой системы играет узкий луч света, отбрасываемый зеркаль­цем 3 , прикрепленным к оси подвижной части гальванометра, на шкалу, расположенную на некотором расстоянии от зеркальца (рис.4). Для отсчета отклонения луча по шкале необходимо включить освети­тель гальванометра. Зеркальце З при этом отбрасывает луч на середину ("ноль") шкалы (в случае отклонения луча от "ноля" необ­ходимо обратиться к дежурному лаборанту) .После этого подключить измеряемый ток к гальванометру. Зеркальце поворачивается, луч смещается с нулевого деления и следует вдоль шкалы. Деление шка­лы n_x , до которого луч отклоняется при первом колебании, про­порционально заряду q_x , прошедшему через гальванометр, так как при малом угловом смещении рамки с зеркалом (  5°) откло­нение луча по шкале n пропорционально углу . Тогда

q_x = B  n_x (11)

где В - баллистическая постоянная гальванометра.

Величина B, являющаяся характеристикой прибора, численно равна заряду, отбрасывающему подвижную систему гальванометра на одно деление шкалы. Следовательно, В - цена деления шкалы гальванометра, измеряемая в единицах заряда ( Кл, ), Из соотно­шения (11) видно, что В можно определить, если через гальва­нометр пропустить известное количество электричества q₀ и при этом измерить отклонение n₀ :

(12)

Известное количество электричества q₀, можно получить, за­ряжая эталонный конденсатор известной емкости С₀ , при посто­янном напряжении U₀ :

q_{0 =} C₀U₀ (13)

Подставляя (13) в формулу (12), по пучим расчетную формулу для вычисления B :

(14)

Зная цену деления шкалы гальванометра (баллистическую постоянную В ) можно использовать этот прибор для нахождения неиз­вестных зарядов q_х на различных конденсаторах (батареях). Подставляя q_х из формулы (II) в (10), получим расчетную фор­мулу для определения неизвестной емкости С_х:

(15)

Порядок выполнения работы .

I. Соберите цепь по схеме на рис. 5, где  - источник тока; R -делитель, напряжения; V -вольтметр; С_о - конденсатор; G - баллистический гальванометр; К₁ - переключатель; К₂ - демпфирующий ключ; К₃ - ключ от источника тока.

2. Включите подсвет шкалы гальванометра и при необходимости установите луч на "ноль" (с помощью лаборанта).

3. Включив ключ К₃, установите с помощью движка делителя R, заданное преподавателем напряжение Uo , измеряемое вольтметром V.

4. Включите в цель эталонный конденсатор известной емкости С₀, для чего переключатель K₁ поставьте в положение А , тем самым заряжая этот конденсатор. Затем поставьте переключатель в положение Б и разрядите конденсатор через гальванометр, отмечая и записывая в таблицу I максимальное отклонение луча по шкале n₀ . Повторите это 3-5 раз, следя за постоянством напряжения U₀ .

Таблица I

Измеряемые данные для определения баллистической постоянной

№ опыта	Со, мкФ	Со, мкФ	Uo, B	Uo, B	no	 no
1						.
2
3
4				.
5
Ср

Измерения можно повторить только после того, как луч уста­новится на "ноль" , для чего в момент прохождения луча через ноль замкните ключ К₂. При качании рамки гальванометра в поле магни­та М в рамке возникают индукционные токи, взаимодействующие с полем магнита М , и в результате происходит быстрое успокоение рамки. После установления луча на "ноль" ключ К₂ разомкните.

5. На место эталонного конденсатора включите в цепь конден­сатор С_х неизвестной емкости и при напряжении U₀ проведите такие же измерения, как и с эталонным конденсатором, занося полученные данные а таблицу 2.

6. При этом же напряжении U₀ проведите опыты для батарей конденсаторов, соединив С₀ и С_х. Сначала параллельно, а затем последовательно. Полученные данные занесите в таблицу 2.

7. По указанию преподавателя проведите для С_х и бата­рей конденсаторов такие же измерения, как в пп. 5 и 6, но при другом напряжении U. Занесите полученные данные в табли­цу 3, построенную по образцу табл. 2 .

Таблица 2