Сделай Сам Свою Работу на 5

IV. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Тороид, сердечник которого изготовлен из испытуемого вещества, с катушками и закреплён на монтажной панели. Концы катушек выведены к соответствующим клеммам на панели. В качестве источника тока используется батарея аккумуляторов Б.

Рис. 8. Схема экспериментальной установки
Величина тока в цепи катушки регулируется при помощи магазина сопротивлений Р-33; направление тока изменяется переключателем К (рис. 8). Амперметр A позволяет следить за силой тока в первичной цепи. Измерительная катушка непосредственно присоединяется к клеммам баллистического гальванометра Г.

Баллистический гальванометр является чувствительным измерительным прибором и служит для измерения небольшого количества электричества, протекающего за малый промежуток времени.

Схема баллистического гальванометра приведена на рис. 9. Токонесущая катушка свободно подвешена на тонкой металлической нити, создающей противодействующий закручиванию момент и в то же время являвшейся проводником, по которому к катушке подводится ток. Вторым проводником, соединяющим катушку с внешней цепью, служит спираль d.

S
N
S
Рис. 9. Схема баллистического гальванометра
Рис. 10. Определение угла поворота

 

Рис. 11. Рамка с током в магнитном поле
Измерение угла поворота катушки делается методом зеркального отсчёта. На нить приклеивается легкое зеркальце З, на которое направляется узкий пучок света от осветителя L (рис. 10). Отразившись от зеркала, луч падает на шкалу AB в виде светлой полосы - «зайчика». При повороте катушки на угол световая полоска перемещается по шкале на n делений.

Кратковременный ток служит причиной возникновения крутильных колебаний этой системы. Так как момент инерции подвижной системы гальванометра относительно велик, рамка за время протекания импульса тока практически не успевает сдвинуться. В течение этого времени на рамку действует вращающий момент, обусловленный взаимодействием тока, идущего через рамку, с однородным магнитным полем, в котором она находится (рис. 11). Вращающий момент определяется соотношением:



, (12)

где: I– ток в рамке; B - индукция магнитного поля;

S - площадь рамки; - количество витков рамки.

Импульс этого момента по законам механики равняется изменению момента импульса вращающейся системы: ,

где J - момент инерции системы;

- изменение угловой скорости за время .

Момент сил Mв этом равенстве заменяется его значением (12), получается уравнение: .

Обе части этого равенства интегрируются по времени от 0 до - времени протекания тока: , где - угловая скорость, которую приобретает неподвижная система к моменту прекращения тока.

Учитывая, что - количество электричества, протекшее за время через рамку, получается следующее равенство: . Отсюда: . Постоянный множитель обозначается через k, тогда можно записать: .

Кинетическая энергия, полученная системой за время протекания тока, определяется по формуле: . Для нашего случая: .

Вращение рамки будет продолжаться до тех пор, пока вся кинетическая энергия не перейдет в потенциальную энергию закрученной нити подвеса.

В этот момент подвижная система остановится, повернувшись на угол . Энергия упруго закрученной нити рассчитывается соотношением: , где - коэффициент, зависящий от упругих свойств нити.

По закону сохранения энергии: . Из этого равенства находится заряд, прошедший через гальванометр в импульсном режиме:

. (13)

Из рис. 10 видно, что тангенс удвоенного угла поворота подвижной системы пропорционален смешению светового пятна на шкале прибора.

Так как импульсы токов, измеряемые гальванометром, невелики, то и углы отклонения тоже малы - для таких углов можно принять .

В этом случае: (см. рис. 10) и . Теперь соотношение (13) можно переписать в таком виде: . Множитель, - величина для данного прибора постоянная, которая обозначается , тогда заряд находится

. (14)

Величина называется баллистической постоянной прибора. Последнее соотношение показывает, что величина первого отклонения светового луча пропорциональна количеству электричества, протекшего через гальванометр.

С учетом выражения (14) формула (11) определяет индукцию в сердечнике: . (15)

Возникшие крутильные колебания системы будут затухать довольно медленно. Чтобы успокоить колебания подвижной системы, обмотку катушки гальванометра шунтируют специально рассчитанным сопротивлением . При замыкании ключа (см. рис. 8) в обмотке гальванометра возникает явление электромагнитной индукции, т.к. движение рамки происходит в поле постоянного магнита. Индукционный ток направлен таким образом, чтобы устранить причину, его вызвавшую, т.е. уменьшить движение рамки. Тумблер служит для того, чтобы предохранять рамку гальванометра от больших токов, которые случайно могут попасть на его клеммы. Положение тумблера, обозначенные буквами «вкл», соответствует замкнутому состоянию ключа . В этом положении должен накопиться тумблер до начала измерений, и в такое положение он должен быть установлен по окончании работы.



©2015- 2019 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.