Лабораторная работа № 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА
С ПОМОЩЬЮ БАЛЛИСТИЧЕСКОГО ГАЛЬВАНОМЕТРА
Цель работы. Ознакомление с устройством и принципом работы баллистического гальванометра, с методикой определения электроемкости
конденсатора с помощью баллистического гальванометра.
Методические указания. Зеркальные гальванометры магнитоэлектрической системы служат для обнаружения и измерения слабых токов
порядка 10–10А, напряжений порядка 10–8В, а также для измерения количества электричества, протекающего по цепи за промежуток времени, малый по сравнению с периодом собственных колебаний рамки
гальванометра.
Магнитоэлектрическая система гальванометра смонтирована внутри цилиндрического кожуха 1 (рис. 1).
Она состоит из неподвижного постоянного магнита 2, подвижной рамки 3, подвешенной на тонкой
ленте из фосфористой бронзы или спирали. На конце ленты около рамки укреплено небольшое зеркальце 4. При протекании тока рамка вместе с укрепленным на ней зеркальцем поворачивается в магнитном поле постоянного магнита.
На некотором расстоянии от гальванометра расположены шкала 6 и
осветитель 7, выполненный в виде цилиндрической трубки, внутри
которой вмонтированы электрическая лампочка и собирающая линза. Свет от осветителя попадает на зеркальце гальванометра и, отразившись от него и зеркала 5, дает на шкале 6 изображение нити лампочки. При повороте рамки гальванометра
изображение нити (“зайчик”) смещается по шкале. Это смещение и принимается за линейную меру поворота рамки гальванометра.
Баллистический гальванометр отличается от обычного гальванометра магнитоэлектрического типа значительной величиной момента инерции подвижной системы. Если через рамку гальванометра в течение
некоторого времени протекает ток, то со стороны магнитного поля постоянного магнита на рамку с током действует вращающий момент
M = I N S B sin ,
(1)
где INS – магнитный момент рамки с током; N – число витков, намотанных на рамку; S – площадь витка; B – магнитная индукция; – угол
между нормалью к плоскости рамки и вектором магнитной индукции.
Будем считать, что до протекания тока = 12. Запишем для рамки
с током основной закон динамики вращательного движения
JdMdt,
( )
где J – момент инерции рамки.
(2)
Из-за инерционности рамки (и смежных частей баллистического гальванометра) поворот рамки начинается лишь после окончания кратковременного протекания тока. Угол за время t остается неизменным и
равным начальному значению 0 = 12, а M NSBI. С учетом этого
уравнение (2) интегрируется простейшим образом
J NSBq
,
(3)
где – угловая скорость, которую приобретает рамка за время протекания тока; q – полный заряд, прошедший через рамку за то же время t,
q
( ) .
(4)
0
Если угловая скорость , то рамка приобретает