Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Методичка по физике / Приложение 1

.doc
Скачиваний:
32
Добавлен:
26.03.2015
Размер:
42.5 Кб
Скачать

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Баллистический гальванометр

и баллистический метод измерения зарядов

Баллистический гальванометр применяется для измерения электрических зарядов при кратковременных импульсах тока, а также электри­ческих и магнитных величин, значения которых пропорциональны заряду. Он является прибором магнитоэлектрической системы.

В поле постоянно­го магнита подвешена рамка из N витков. В отсутствие тока нормаль к плоскости рамки перпендикулярна линиям магнитной индукции. При про­текании тока I через обмотку рамки на нее действует вращающий момент сил Ампера , где S — площадь, ограниченная витком; В — ин­дукция магнитного поля между полюсами постоянного магнита. Рамка поворачивается, при этом закручивается нить подвеса и возникает момент сил кручения М2, который пропорционален углу φ поворота рамки: , где К — момент сил кручения, возникающий в нити при повороте на единицу угла.

Если импульс тока протекает в цепи за промежуток времени τ, ма­лый по сравнению с периодом Т свободных колебаний рамки, то движение рамки начинается после протекания тока через гальванометр. Поэтому уравнение движения за время t < τ имеет вид:

, (1)

где J — момент инерции рамки; – угловое ускорение.

Проинтегрируем уравнение (1) от t = 0 до момента t = τ (момента окончания импульса тока):

где qполный электрический заряд, протекающий через гальванометр; – угловая скорость рамки гальванометра.

За время импульса τ рамка приобретает кинетическую энергию

(2)

Эта энергия затрачивается на закручивание нити подвеса. Работа, которую нужно совершить для поворота рамки на угол φ0, может быть вычислена по формуле

. (3)

Из формул (2) и (3) получаем

или

, (4)

где — баллистическая постоянная гальванометра, Кл/рад.

Таким образом, электрический заряд q пропорционален первому максимальному отклонению φ0 рамки от положения равновесия. Из формулы (4) видно, что зависит от величины индукции магнитного поля (В), характеристик рамки (S и N), момента инерции (J) подвижной системы и упругих свойств нити (К). Формула (4) выведена в предположении отсутствия торможения. Практически рамка после пропускания кратковременного тока совершает затухающие колебания. Чтобы рамка быстрее вернулась в положение равновесия, нужно замкнуть гальванометр на­коротко. Тогда происходит электромагнитное торможение (в обмотке рамки возникают индукционные токи такого направления, что силы Ам­пера препятствуют движению рамки).

Так как практически отклонение рамки всегда отсчитывается по линейной шкале, то баллистическую постоянную удобно выражать через смещение α0 светового указателя («зайчика») по шкале гальванометра: , где Сб — баллистическая постоянная; q — заряд, протекший через гальванометр; α0 — первое максимальное отклонение «зайчика» от положения равновесия. Зная баллистическую постоянную гальванометра Сб, можно измерить заряд q, протекший через гальванометр за проме­жуток времени, малый по сравнению с периодом колебаний рамки галь­ванометра. В этом заключается баллистический метод измерения зарядов.

Соседние файлы в папке Методичка по физике