5. Использование прибора в работе
Баллистический
гальванометр —
чувствительный прибор магнитоэлектрической
системы. Он служит для обнаружения и
измерения малых токов (порядка 10-9
А) и напряжений (порядка 10-7
В). Кроме того, можно определить величину
заряда, прошедшего через гальванометр.
Наибольшее распространение получили
гальванометры с подвижной катушкой,
изображенной на рисунке 3.2.
Рисунок 3. 2
В магнитном поле постоянного магнита NS закреплен цилиндр В из мягкого железа. В зазоре между полюсами постоянного магнита и цилиндром В может свободно поворачиваться рамка С, составленная из плотно уложенных витков изолированного тонкого провода. Рамка подвешена на упругих нитях А и Д. При прохождении тока через рамку в ней возникает магнитное поле, вектор индукции которого перпендикулярен плоскости рамки. Это поле взаимодействует с полем постоянного магнита, в результате чего рамка стремится повернуться своей плоскостью перпендикулярно полю постоянного магнита. Этому повороту препятствуют упругие силы, возникающие при закручивании нитей А и Д. Поэтому угол поворота рамки оказывается прямо пропорциональным току, текущему через рамку. Для отсчета углов поворота рамки служит зеркальце М, на которое падает световой луч с осветительного устройства. Отраженный от зеркальца М луч, попадает на шкалу, создавая в ней световой “зайчик”.
В зависимости от подключенной к гальванометру цепи возможны разные режимы его работы:
1) АППЕРИОДИЧЕСКИЙ РЕЖИМ. При таком режиме рамка гальванометра после прохождения через нее импульса тока плавно подходит к положению равновесия, не переходя через него.
2) ПЕРИОДИЧЕСКИЙ РЕЖИМ. Движение рамки в этом случае происходит так, что двигаясь к положению равновесия, она переходит через него и занимает его после нескольких колебаний.
В данной работе используется критический режим работы баллистического гальванометра. При выполнении работы через гальванометр проходят кратковременные импульсы тока, возникающие при разряде конденсатора. Так как период свободных колебаний рамки гальванометра достаточно велик, то измеряемый импульс тока успевает пройти через гальванометр раньше, чем рамка повернется из положения равновесия на заметный угол. При этом условии величина баллистического отброса пропорциональна количеству электричества, протекшего через гальванометр:
q = ,
где — коэффициент пропорциональности.
Так как угол определяется методом зеркального отсчета, то это выражение можно записать в виде:
q = kn,
где n — число делений по шкале при отклонении от положения равновесия.
Следовательно, количество электричества, протекшее через гальванометр, пропорционально числу делений отброса “зайчика” по шкале. Коэффициент k называют баллистической постоянной гальванометра. Величина 1 / k определяет баллистическую чувствительность гальванометра.
6. Описание схемы для выполнения работы
Рисунок 3. 3
На рисунке 3.3 изображена схема, по которой выполняется работа: — источник постоянного напряжения; К — ключ для замыкания источника на потенциометр R, которым регулируется напряжение зарядки конденсатора. Это напряжение измеряется вольтметром V. П — переключатель; G — гальванометр; Rш — шунтирующее сопротивление. Переключатель П в положении 1 подключает конденсатор к источнику тока для зарядки, в положении 2 — к гальванометру. Сопротивление Rш определяет режим работы гальванометра и подбирается к каждому гальванометру индивидуально. Его величина указана на корпусе прибора как Rк (критическое сопротивление), при котором гальванометр работает в критическом режиме. При таком режиме световой “зайчик” при прохождении заряда через гальванометр отбрасывается до некоторого деления шкалы и возвращается в нулевое положение за кратчайшее время без совершения колебаний относительно нулевого положения.