En ballistisk galvanometer är en specialiserad typ av galvanometer utformad för att mäta elektrisk laddning snarare än kontinuerlig ström. Det fungerar genom att använda magnetavböjningen av en spole som bär laddningen, där avböjningen är direkt proportionell mot den totala laddningen som passeras genom den.
Konstruktion:
De grundläggande komponenterna i en ballistisk galvanometer inkluderar:
1. spole: En enkelvarv- eller flervridspole suspenderad i ett magnetfält, ofta skapat av en permanent magnet.
2. Suspension System: Spolen är suspenderad av en tunn, vridfri fiber (som en sidentråd eller metallband) för att minimera dämpningen. Detta gör att spolen svänger fritt efter att laddningen passerar genom den.
3. spegel: En liten spegel är fäst vid spolen, som återspeglar en ljusstråle på en skala. Avböjningen av spegeln är proportionell mot vinkelförskjutningen av spolen.
4. dämpningsmekanism: En liten luftresistens eller virvelströmdämpning är ibland införlivad för att bromsa svängningarna och möjliggöra mer exakta avläsningar.
5. Skala: En graderad skala placeras på avstånd från spegeln för att mäta avböjningen av ljusstrålen.
Hur det fungerar:
När en laddning passerar genom spolen skapar den ett magnetiskt dipolmoment som interagerar med magnetfältet. Denna interaktion får spolen att rotera och når en maximal vinkelförskjutning (θ). Vinkelförskjutningen är relaterad till laddningen (q) med följande ekvation:
θ =kq
där 'k' är en konstant beroende på galvanometerens konstruktion.
Nyckelfunktioner:
* Hög känslighet: På grund av frånvaron av dämpning är ballistiska galvanometrar mycket känsliga för små laddningar.
* Enkelmätning: De mäter den totala laddningen som passerar genom spolen i en enda puls, till skillnad från ammetrar som mäter kontinuerlig ström.
* brett utbud av applikationer: Från att mäta kondensatoravgifter till undersökning av övergående strömmar i kretsar, finner ballistiska galvanometrar användning inom olika områden.
Applikationer:
* Mätningskapacitans: Genom att släppa ut en kondensator genom galvanometern och observera avböjningen kan man bestämma kapacitansen.
* Undersöker elektromagnetisk induktion: Det kan användas för att mäta laddningen inducerad i en spole genom att förändra magnetflödet.
* Mätning av magnetfältstyrka: Genom att mäta laddningen inducerad i en spole som rör sig genom ett magnetfält kan man bestämma fältstyrkan.
Begränsningar:
* långsam responstid: Spolens svängande rörelse gör ballistiska galvanometrar olämpliga för att mäta snabbt varierande laddningar.
* känslighet för yttre störningar: Deras känslighet gör dem mottagliga för vibrationer och yttre magnetfält.
Sammantaget är den ballistiska galvanometern ett kraftfullt verktyg för att mäta elektrisk laddning. Dess unika design och principer möjliggör exakta mätningar av övergående laddningar, vilket visar sig vara ovärderliga i olika vetenskapliga och tekniska tillämpningar.
