„BADANIE RUCHU

RAMKI

GALWANOMETRU”

Marcin Urbański

I EPiFM gr. A/a

Galwanometr jest przyrządem do mierzenia natężenia bardzo słabego prądu elektrycznego rzędu 10 ^-9 [A]. Pomiędzy biegunami magnesu NS na cienkiej wstążce z brązu fosforowego AB wisi cewka z cienkiego drutu izolowanego nawinięta na lekką prostokątną ramkę. Wstążeczka ta doprowadza prąd do cewki. Odprowadzany jest on drugą taką samą wstążeczką bądź wiotką spiralką z bardzo cienkiego drutu. Wewnątrz cewki znajduje się rdzeń R w postaci walca z miękkiego żelaza. Jego obecność powoduje wzmocnienie pola magnetycznego. Ze względu na delikatność urządzenia nie można przyczepić do cewki żadnej wskazówki. Aby odczytać kąt, o który się ona wykręca, umieszcza się na niej małe zwierciadełko, na które skierowuje się promień świetlny. Po odbiciu daje on ślad na skali z matowego szkła lub celuloidu.

Druga zasada dynamiki dla ruchu obrotowego

Jeżeli na bryłę sztywną działają siły, których momenty sił względem wybranego punktu nie równoważą się, to bryła porusza się z przyspieszeniem kątowym Ē proporcjonalnym do wypadkowego momentu sił M_s działających na bryłę i odwrotnie proporcjonalnym do momentu bezwładności bryły względem danej osi obrotu.

Moment siły

M_s to wektorowa wielkość fizyczna będąca miarą oddziaływania między ciałami najczęściej w ruchu obrotowym i krzywoliniowym definiowana względem ustalonego punktu lub osi obrotu. W opisie ruchu obrotowego odgrywa rolę analogiczną jak siła w ruchu postępowym. Moment siły działający na punkt materialny jest równy iloczynowi wektorowemu wektora położenia r i siły F.

M_s = r × F M_s ┴ r M_s ┴ F

Wartość momentu pędu jest równa M_s = F • sin(r , F) = F r ┴, gdzie r ┴ = r • sin(r , F)

Moment bezwładności bryły

Jest to wielkość charakteryzująca dynamiczne własności bryły w ruchu obrotowym wokół ustalonej osi x. Spełnia rolę podobną do masy w ruchu postępowym. Jednak w przeciwieństwie do masy moment bezwładności zależy od wyboru osi obrotu. W przypadku zwarcia na krótko zacisków galwanometru w obwodzie drgającej cewki powstaje silny prąd indukcyjny, który zgodnie z regułą Lenza przeciwstawia się drganiom cewki. Tłumiące działanie prądu indukcyjnego będzie wówczas na tyle silne, że ruch cewki będzie praktycznie aperiodyczny. Właśnie dlatego chcąc zabezpieczyć galwanometr przed przypadkowymi intensywnymi drganiami zawsze zaciski galwanometru po pomiarach należy zwierać tylko na krótko. Jeżeli jednak zewrzeć zaciski przez odpowiednio duży opór, natężenie prądu indukcyjnego będzie małe, a więc i tłumienie słabe i ruch cewki będzie miał charakter typowego drgania tłumionego.

Tabela pomiarowa 1

R z [ Ω ]	2,5	5	7,5	10	20	30	100
A [mm]	132	136	190	140	141	142	143
A‛ [mm]	3	21	38	50	80	82	115
T [s]	3,73	3,66	3,47	3,43	3,38	3,31	3,27
β [s^-1]	1,01	0,5	0,36	0,29	0,16	0,15	0,06
X [ Ω ]	0,58	0,3	0,2	0,15	0,078	0,052	0,0015

Tabela pomiarowa 2

Rz [Ω]	40	80	120	160	200	250	300	500	800	1000	1200
A[mm]	25	40	55	64	75	80	85	100	113	118	121
T [s]	20,17	18,02	16,16	14,75	13,32	12	10,85	8,6	5,33	4,44	3,41

Tabela pomiarowa 3

RZk [ Ω ]

1300A - opór krytyczny

Przebieg ćwiczenia

Po odpowiednim ustawieniu przyrządu włączamy go do sieci. Ustawiamy plamkę świetlną w położeniu zerowym. Wyłączamy klucz K₃ służący do stabilizacji wychylenia początkowego x₀ poprzez krótkotrwałe zwarcie galwanometru. Przy określonych instrukcją wartościach oporu zewnętrznego R_z wyznaczamy:

x₀ - wychylenie początkowe (zamykamy klucz K₁ )

T - okres drgań

X₁ - wychylenie po wykonaniu pełnego drgania

T - czas zaniku wychyleń

Amplituda względna A/A_m dla oporów zawartych w przedziale 40 - 300Ω

A	25	40	55	64	75	80	85
A/Am	0,17	0,27	0,38	0,44	0,52	0,56	0,59

Logarytmiczny dekrement tłumienia

A [mm]	132	136	190	140	141	142	143
A‛ [mm]	3	21	38	50	80	82	115
	3,78	1,86	1,28	1,02	0,56	0,54	0,21

Współczynnik tłumienia

T [s]	3,73	3,66	3,47	3,43	3,38	3,31	3,27
β [s^-1]	1,01	0,5	0,36	0,29	0,16	0,15	0,06
	3,78	1,86	1,28	1,02	0,56	0,54	0,21

Odwrotność oporu względnego

Rz	2500	5000	7500	10000	20000	30000	100000
X	0,58	0,3	0,2	0,15	0,078	0,052	0,0015

Gęstość drgań tłumionych

T [s]	3,73	3,66	3,47	3,43	3,38	3,31	3,27
W	1,68	1,72	1,81	1,83	1,86	1,9	1,92

Zależność współczynnika tłumienia β od oporu względem x. Obliczam parametry a i b:

Współczynnik korelacji liniowej ( r )

Wartość krytyczna współczynnika tłumienia

Wartość gęstości drgań swobodnych

5

---