Материал: Справочное пособие по магнитным явлениям
Рис. 15.1. Струнный гальванометр. Си лы Лоренца, приложенные к элект ронам-носителям в проводящей про волоке при наличии внешнего магнит ного поля, заставляют проволоку откло няться
Рис. 15.2. Вибратрон. Силу натяжения проводящей проволоки можно опре делить по частоте напряжения возбуж дения, вызывающего ее механический резонанс
торый обладает чрезвычайно высокой чувствительностью за счет применения сильного магнитного поля и очень тонкой позолоченной кварцевой струны.
15.2. ВИБРАТРОН
Если однородную гибкую проволоку с двумя закрепленными концами натянуть и вызвать ее поперечные колебания, то она будет стремиться вибрировать с определенными дискретными частотами, которые называются частотами струнного резонан са. Они определяются выражением
|
Р = к Ы 1 -1{Т/т У'\ |
|
(15.1) |
где Р — резонансная |
частота для Ы-н моды |
колебаний; |
N — |
целое число; I — длина проволоки; Т — сила |
натяжения |
про |
|
волоки; пг — масса |
проволоки на единицу длины и к — кон |
||
станта. |
|
|
|
Такая проволока, помещенная в магнитное поле, совершает колебания, когда по нейтечет переменный ток. Импеданс по отношению к этому току минимизируется, если частота тока совпадает с резонансной частотой. Кроме того, поскольку про волока вибрирует, вследствие движения проволоки в магнитном поле между ее концами генерируется переменное напряжение. При помощи обычных методов сервоуправления можно исполь
зовать напряжение, генерируемое при минимальном импедансе, для подстройки частоты переменного тока, чтобы она совпала
срезонансной частотой проволоки.
Втаком приборе, получившем название вибратрона, часто та генерируемого напряжения служит мерой силы натяжения проволоки (рис. 15.2).
15.3. БИФИЛЯРНЫЙ ГАЛЬВАНОМЕТР
Если на нитях двух струнных гальванометров подвешено зеркало, как показано на рис. 15.3, а ток в нитях течет в проти воположных направлениях, то зеркало будет поворачиваться на угол, который можно прокалибровать в значениях тока. В слу чае, когда на такой прибор, называемый бифилярным гальва нометром, подается переменный ток, не оказывающий значи тельного влияния на натяжение нити, поворот зеркала воспро изводит изменения электрического тока во времени.
Основные элементы бифилярного гальванометра представ лены на рис. 15.3.
Рис. 15.3. Бифилярный гальванометр. Угол поворота зеркала, установленного на двух проводящих проволоках, по ко торым текут одинаковые по абсолютной величине, но противоположно направ ленные токи, зависит от значения тока, если все другие условия остаются не изменными
15.4. ГАЛЬВАНОМЕТР Д'АРСОНВАЛЯ
Гальванометр Д’Арсонваля представляет собой проволочную катушку, подвешенную в магнитном поле таким образом, чтобы она могла вращаться вокруг оси, направление которой перпен дикулярно плоскости, определяемой осью витков катушки и век тором магнитного поля. Как показано на рис. 15.4, пружинное устройство стремится повернуть ось витков катушки в такое положение, чтобы она была перпендикулярна вектору магнит ного поля, тогда как текущий в катушке электрический ток стремится совместить эту ось с направлением магнитного поля.
Если на катушке установлено зеркало, то угол его поворота соответствует изменениям электрического тока, текущего в ка тушке. Когда поддерживается постоянное значение тока, пово рот зеркала будет зависеть от напряженности магнитного поля.
232
Рис. 15.4. Гальванометр Д'Арсонваля. Если сила, стремящаяся сориентиро вать в направлении внешнего магнит ного поля катушку с током, уравнове шена при помощи пружины, то угол поворота катушки будет зависеть от на пряжения возбуждения
Если же поддерживается магнитное поле с постоянной напря женностью, то угол поворота зеркала служит мерой тока.
15.5.ГАЛЬВАНОМЕТР ГАУССА
Вконструкции гальванометра Гаусса используется принцип, обратный по отношению к гальванометру Д ’Арсонваля,— в маг нитном поле, создаваемом током проволочной катушки, подве шен постоянный магнит. Он имеет возможность поворачиваться вокруг оси, направленной перпендикулярно плоскости, которая определяется осью витков катушки и вектором магнитного поля постоянного магнита.
Как показано на рис. 15.5, пружинное устройство стремится повернуть постоянный магнит в такое положение, чтобы вектор магнитного поля был перпендикулярен оси витков катушки, тогда как текущий в катушке электрический ток стремится совместить этот вектор с направлением оси витков катушки.
Если с постоянным магнитом связано зеркало, то угол его поворота воспроизводит изменения электрического тока, теку щего в катушке.
Рис. 15.5. Гальванометр Гаусса. Если сила, стремящаяся сориентировать под вешенный постоянный магнит в на правлении внешнего магнитного поля, уравновешена при помощи пружины, то угол повотора магнита будет зависеть от тока возбуждения
ДВИЖЕНИЕ МАГНЕТОНОВ ПРИ СИЛЬНЫХ СВЯЗЯХ (В ТВЕРДОМ ТЕЛЕ ИЛИ ЖИДКОСТИ)
Когда электрически заряженная частица окружена другими заряженными частицами, довольно плотно заполняющими про странство, положение и движение частицы подвержены сильно му влиянию положений и движений соседних частиц. Это влия ние может привести к изменению ориентации частицы, с тем чтобы ее магнитное поле совпадало по направлению с магнитными по лями соседних частиц или же было противоположно им. Начи ная двигаться, частица может столкнуться с одной из соседних частиц; если же она не движется, то вполне возможно, что на нее натолкнется одна из частиц, движущихся по соседству. При этих условиях среда представляет собой хаотическую массу час тиц, движущихся с различными скоростями в различных на правлениях и имеющих различные ориентации осей, причем все эти факторы характеризуются некоторым постоянным состо янием изменчивости.
На первый взгляд такая ситуация может показаться состоя нием полного хаоса. Но на самом деле здесь все виды активно сти строго подчинены фундаментальным законам, которые тре буют минимизации как электрического заряда на единицу объе ма, так и напряженности магнитного поля в каждом элементар ном объеме. И, конечно, именно силы, стремящиеся минимизи ровать эти величины, создают тот «клей», который соединяет все частицы в единую массу.
В этой части справочника обсуждаются некоторые магнитные явления, которые могут возникнуть вследствие движения маг нетонов в твердых телах и жидкостях, обладающих различными свойствами.
16. МАГНИТОСТРИКЦИЯ
Термин магнитострикция используется для обозначения из менений в размерах, испытываемых ферромагнитными матери алами в присутствии внешнего магнитного поля, как и для обо значения изменений намагниченности, испытываемых ферромаг нитными материалами под влиянием механического напряжения.