Εργασία γαλβανόμετρου κινούμενου πηνίου

Το γαλβανόμετρο είναι ένα ηλεκτρομηχανικό όργανο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του ηλεκτρικού ρεύματος. Τα γαλβανόμετρα ήταν προηγουμένως μη βαθμονομημένα. Ωστόσο, τώρα έχουμε αυτοσχέδιες εκδόσεις του ίδιου γνωστού ως αμπερόμετρο. Μπορούμε να μετρήσουμε τη ροή του ρεύματος με μεγάλη ακρίβεια με τη βοήθεια σύγχρονων γαλβανομέτρων.

Σε ένα γαλβανόμετρο, ένας δείκτης εκτροπής λειτουργεί ως απόκριση σε ένα ηλεκτρικό ρεύμα που ρέει μέσα από ένα πηνίο παρουσία σταθερού μαγνητικού πεδίου. Ο Hans Christian Oersted πιστώνεται ως το πρώτο άτομο που παρατήρησε ότι μια βελόνα μπορεί να εκτραπεί παρουσία ενός καλωδίου που έχει ηλεκτρικό ρεύμα.

Με την πάροδο του χρόνου, τα γαλβανόμετρα έχουν αποδειχθεί απαραίτητα για την ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας. Έχουν επιτρέψει την επικοινωνία σε μεγάλες αποστάσεις, και στον βιοϊατρικό τομέα, επέτρεψαν την ανακάλυψη της ηλεκτρικής δραστηριότητας της καρδιάς και του εγκεφάλου.

Στόχοι και Λειτουργίες

Το πιο συχνά παρατηρούμενο γαλβανόμετρο είναι το γαλβανόμετρο D'Arsonval. Σε αυτό το όργανο, το σύστημα ένδειξης περιλαμβάνει ένα πηνίο ελαφρού σύρματος αναρτημένο από μια μεταλλική κορδέλα που βρίσκεται ανάμεσα στους πόλους ενός μόνιμου μαγνήτη. Εδώ, το μαγνητικό πεδίο που παράγεται από το ρεύμα που διαρρέει το πηνίο αλληλεπιδρά με το μαγνητικό πεδίο του μόνιμου μαγνήτη και παράγει μια δύναμη συστροφής (ροπή).

Το πηνίο είναι προσαρτημένο σε μια ενδεικτική βελόνα που περιστρέφεται λόγω της δύναμης συστροφής. Η γωνία με την οποία η βελόνα περιστρέφεται για να ισορροπήσει βοηθά στη μέτρηση της ποσότητας του ρεύματος που ρέει μέσα από το πηνίο. Η γωνία μπορεί να μετρηθεί με την κίνηση της βελόνας ή από την εκτροπή μιας δέσμης φωτός που ανακλάται από έναν καθρέφτη.

Αρχή ενός γαλβανόμετρου κινούμενου πηνίου

Η λειτουργία ενός γαλβανόμετρου κινούμενου πηνίου εξαρτάται από το γεγονός ότι τα πηνία σύρματος που μεταφέρουν ρεύμα παρουσιάζουν ροπή όταν τοποθετούνται σε ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο. Αυτό προκαλεί την περιστροφή του καλωδίου που τοποθετείται στο σύστημα. Ως εκ τούτου, μπορεί κανείς να συμπεράνει ότι η απόκλιση στο γαλβανόμετρο κινούμενου πηνίου αντιστοιχεί άμεσα στο ρεύμα που ρέει μέσα στο πηνίο.

Κατασκευή γαλβανόμετρου κινούμενου πηνίου

Συνήθως, ένα σύστημα γαλβανόμετρου κινούμενου πηνίου περιλαμβάνει ένα ορθογώνιο πηνίο με πολλές στροφές. Αυτά τα χάλκινα σύρματα είναι επαρκώς μονωμένα και τυλίγονται πάνω από ένα ελαφρύ μεταλλικό πλαίσιο ή κορδέλα. Αυτό το χάλκινο πηνίο στη συνέχεια αιωρείται ανάμεσα στους πόλους ενός πεταλοειδούς μαγνήτη.

Μια λεπτή λωρίδα φωσφόρου-μπρούτζου χρησιμοποιείται για την ανάρτηση του πηνίου μεταξύ των πόλων ενός μόνιμου μαγνήτη. Αυτό γίνεται συνδέοντας το κάτω άκρο του χάλκινου πηνίου με ένα ελατήριο μαλλιών από φώσφορο και μπρούτζο. Από την άλλη πλευρά, το άλλο άκρο του ελατηρίου συνδέεται με μια βίδα σύνδεσης.

Ένας μαλακός κύλινδρος από σίδηρο τοποθετείται μέσα στο χάλκινο πηνίο. Οι μαγνητικοί πόλοι του μαγνήτη πετάλου παράγουν ένα ακτινικό μαγνητικό πεδίο. Το επίπεδο του πηνίου θα ευθυγραμμιστεί παράλληλα με το μαγνητικό πεδίο. Πρέπει να τοποθετήσουμε ένα μικρό επίπεδο καθρέφτη στο σύρμα ανάρτησης μαζί με μια λάμπα και ζυγαριά για να μετρήσουμε την απόκλιση του πηνίου.

Λειτουργία γαλβανόμετρου κινούμενου πηνίου

Ας θεωρήσουμε το PQRS ως μία μόνο στροφή του πηνίου. Το ρεύμα (Ι) ρέει μέσα από το πηνίο. Στο ακτινικό μαγνητικό πεδίο, το επίπεδο του πηνίου πρέπει να είναι πάντα παράλληλο με το μαγνητικό πεδίο. Ως εκ τούτου, οι πλευρές QR και SP είναι πάντα παράλληλες με το πεδίο και δεν υφίστανται καμία δύναμη. Οι πλευρές PQ και RS πρέπει να είναι πάντα κάθετες στο μαγνητικό πεδίο.

RS =PQ =Μήκος του πηνίου (l) και PS =QR =Πλάτος του πηνίου (b). Δύναμη στο PQ, το F θα είναι ίσο με BI (PQ) =BI(l). Σύμφωνα με τον αριστερό κανόνα του Fleming, αυτή η δύναμη θα είναι κανονική στο επίπεδο του πηνίου και θα ενεργεί προς τα έξω.

Επιβολή στο RS, F =BI(RS) =BI(l). Αυτή η δύναμη θα είναι κανονική στο επίπεδο του πηνίου και θα ενεργεί προς τα μέσα. Αυτές οι δύο ίσες και αντίθετες δυνάμεις θα κάνουν ένα ζευγάρι και τελικά θα εκτρέψουν το πηνίο.

Έτσι, εάν υπάρχουν n στροφές στο πηνίο, η ροπή δύναμης (ζεύγος) θα είναι =n BIl – b

Επομένως, η στιγμή του ζεύγους εκτροπής θα είναι =nBIA

Το σύρμα ανάρτησης στο σύστημα θα στρίψει όταν το πηνίο εκτρέπεται. Λόγω της ελαστικότητας του σύρματος, θα βιώσει μια δύναμη επαναφοράς ζεύξης ανάλογη με τη συστροφή. Εάν η γωνιακή συστροφή είναι θ , η στιγμή του ζεύγους επαναφοράς θα είναι Cθ, όπου C =ζεύγος επαναφοράς ανά μονάδα συστροφής.

Σε ισορροπία, το ζεύγος εκτροπής =ζεύγος επαναφοράς

nBIA =Cθ

I =(C/nBA) × θ (εδώ C είναι η σταθερά στρέψης του ελατηρίου)

Συμπέρασμα

Το γαλβανόμετρο είναι μια από τις πιο χρήσιμες εφευρέσεις στην επιστήμη και την τεχνολογία. Δεν βοηθά μόνο στην αναγνώριση της ροής του ρεύματος αλλά μπορεί επίσης να βοηθήσει στη μέτρηση του ρεύματος που ρέει μέσα στο καλώδιο. Τα γαλβανόμετρα χρησιμοποιούνται για συστήματα τοποθέτησης και ελέγχου σε σύγχρονα αυτοκίνητα και βαρύ μηχανολογικό εξοπλισμό.