Упражнение 2. Изучение баллистического режима работы гальванометра.

Принадлежности: баллистический гальванометр, магазин сопротивлений, аккумулятор, ключи, переключатели, конденсаторы, соленоид или магнит, измерительная катушка.

Описание установки для измерения ёмкости конденсаторов с помощью баллистического гальванометра

Для определения ёмкости конденсаторов с помощью баллистического гальванометра собирают установку, схема которой изображена на рисунке 6.

рис. 5. Схема установки для выполнения упр. 2.

На схеме: БГ–баллистический гальванометр, С–исследуемый конденсатор, П1–переключатель, при установлении которого в левое положение происходит заряд конденсатора от батареи Б, а при установлении в правое положение – его разряд на БГ.

Порядок выполнения данного упражнения следующий:

Собирают цепь, схема которой приведена на рис. 6:

а) включают в схему эталонный конденсатор С_эт., затем замыкают цепь на источник напряжения Б и с помощью реостата R устанавливают напряжение около 5В. По вольтметру следят, чтобы это напряжение было постоянным;

б) чтобы зарядить конденсатор, ручку переключателя П ставят в положение «заряд», затем переключатель переводят в положение «разряд», при этом происходит разряд конденсатора и «зайчик» БГ отклоняется. Определив 3-5 раз значения отклонения и найдя среднее, вычисляют постоянную гальванометра.

S_Q = α_эт./(C_эт.U)

в) вместо эталонного конденсатора включают конденсатор с неизвестной ёмкостью C_x. Проделывают аналогичные предыдущим измерениям при том же постоянном значении напряжения U. Поскольку C_x = q /U = α_x/(S_QU), легко найти выражение для емкости C_X в виде: .

г) повторяют измерения для двух неизвестных конденсаторов и для их последовательного и параллельного соединений, сравнивая полученные результаты с вычисленными по формулам:

C_пар. = C_x1 + C_x2 ; 1/C_посл. = 1/C_x1 + 1/C_x2 .

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Рассказать о баллистическом режиме работы гальванометра

2. В чём заключаются конструктивные особенности баллистического гальванометра?

3. Какую величину измерит баллистический гальванометр, если к нему подключить источник тока?

4. Чем отличаются баллистические постоянные C_Q и C_ф?

ЛИТЕРАТУРА

1. Шрамков Е.Г. (ред.). Электрические измерения. Средства и методы измерений. Высшая школа. 1992.

2. Евтихиев Н.Н., Купершмидт Я.А., Папуловский В.Ф. и др. Измерения электрических и неэлектрических величин. Энергоатомиздат, 1990.

Описание установки для измерения магнитной индукции на оси соленоида с помощью баллистического гальванометра

Установка для создания магнитного поля (рис.7) состоит из соленоида С, источника питания Б1 (им является выпрямитель), реостата R1 для регулировки тока через обмотку соленоида, величина которого контролируется амперметром А1.

рис.6. Схема установки

Магнитная индукция на оси соленоида измеряется с помощью измерительной катушки ИК. Кроме неё в состав измерительной цепи входят: баллистический гальванометр БГ (для измерения потокосцепления катушки ИК с магнитным полем), ключ К1 (для закорачивания рамки БГ), магазин сопротивлений (для изменения чувствительности БГ), ключ К2 (для включения измерительной цепи), вторичная обмотка образцовой катушки взаимной индуктивности М (для определения баллистической постоянной БГ).

Первичная обмотка катушки М, источник напряжения Б2, реостат R2, амперметр А2 и ключ К3 составляют цепь для градуировки баллистического гальванометра.

Величина потокосцеплния измерительной катушки ИК с магнитным полем, индукция которого В, в случае, когда витки перпендикулярны вектору , равнаψ₁ = nBS, где n–число витков ИК, S–площадь одного витка.

При выбрасывании ИК из магнитного поля или при выключении его величина потокосцепления Δψ = ψ₁– ψ₂ =/ψ₂=0/= ψ₁измеряется с помощью БГ. Тогда, используя соотношениеΔψ=rC_Q_m, легко рассчитать индукцию магнитного поля в соленоиде по формуле:

,

где r-общее сопротивление измерительной цепи,C_Ф=rC_Q_m-баллистическая постоянная, определенная в единицах магнитного потока (единица измерения-Вб/дел.)

В формуле (10) для получения индукции в Тесла нужно измерять: r– в Ом,C_Q– в Кл/дел,C_ф–в Вб/дел,S– в м².

Порядок проведения измерений:

а) при разомкнутом ключе К2 и замкнутом ключе К1 включить цепь питания соленоида, установив в ней с помощью амперметра А1 величину тока 0,5–1,0А,

б) помещают измерительную катушку ИК внутри соленоида (приблизительно посередине его длины), устанавливают наибольшую величину сопротивления магазина r_M, включают ключ К2 и размыкают ключ К1,

в) при включении цепи соленоида ключом К отмечают величину отброса зайчика баллистического гальванометра. Постепенно уменьшая величину сопротивления r_М, добиваются того, чтобы при включении цепи соленоида величина отброса БГ составляла 70–75% его шкалы,

г) передвигая ИК от левого до правого крайних концов соленоида, определяют величины отбросов при изменении потокосцепления ИК через каждый сантиметр вдоль оси соленоида.

Строят график α = f(l), где l–расстояние от ИК до левого конца соленоида,

д) проводят градуировку БГ. С этой целью при разомкнутом ключе К2 включают с помощью К3 ток в первичную обмотку катушки взаимной индуктивности М, регулируя его реостатом R2 и контролируя величину с помощью амперметра А2. Величина этого тока не должна превышать 1А.

Ключом К2 замыкают цепь БГ, выключают ключ К3 и замечают отброс рамки БГ. При этом величина r_М остаётся обязательно той же самой, что и при проведении измерений магнитной индукции.

Баллистическую постоянную рассчитывают по формуле:

[Кл/дел],

где М – взаимная индуктивность, Гн (М= 0,01Гн),

i–ток, А,

r- сопротивление всей цепи гальванометра (магазина r_M и гальванометра r_Г).

Величина внутреннего сопротивления гальванометра указана на его задней панели.

е) рассчитывают по (10) величину индукции В во всех точках по оси соленоида и представляют результаты измерений в виде графика В=В(l).

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

Снять кривые B=B(l) для нескольких значений тока через соленоид (0,5;1,0;1,5 А) и сравнить их друг с другом.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Рассказать об устройстве баллистического гальванометра и особенностях режима его работы;

2. Вывести формулу определения потокосцепления с помощью баллистического гальванометра;

3. Рассказать о градуировке БГ с помощью катушки взаимной индуктивности;

4. Вывести формулу для определения магнитной индукции баллистическим методом.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кортнев А.В., Рублев Ю.В., Куценко А.Н. Практикум по физике. Высшая школа, 1965, работа 39, 54.

2. Иверонова В.И. Физпрактикум. Наука, 1968, работа 84, 86.

21