10.4: Galvanómetro balístico y la medición del campo magnético

Un galvanómetro es similar a un amperímetro sensible, difiriendo principalmente en que cuando no pasa corriente a través del medidor, la aguja está en el medio del dial en lugar de en el extremo izquierdo. Un galvanómetro se utiliza no tanto para medir una corriente, sino para detectar si fluye o no una corriente, y en qué dirección. En el galvanómetro balístico, el movimiento de la aguja no está amortiguado, o tan cerca de no estar amortiguado como se pueda lograr fácilmente. Si se pasa una pequeña cantidad de electricidad a través del galvanómetro balístico en un tiempo que es corto en comparación con el período de oscilación de la aguja, la aguja se sacudirá desde su posición de reposo, y luego se balanceará de un lado a otro en un movimiento armónico ligeramente amortiguado. (Sería simple movimiento armónico si pudiera quedar completamente sin amortiguar). La amplitud del movimiento, o más bien la extensión de la primera oscilación, depende de la cantidad de electricidad que se pasó a través del galvanómetro. Se podría calibrar, por ejemplo, mediante la descarga de varios condensadores a través de él, y haciendo una tabla o gráfica de amplitud de oscilación versus cantidad de electricidad pasada.

Ahora bien, si tenemos una pequeña bobina de área\(A\),\(N\) giros, resistencia\(R\), podríamos colocar la bobina perpendicular a un campo magnético\(B\), y luego conectar la bobina a un galvanómetro balístico. Entonces, de repente (en un tiempo que es corto comparado con el periodo de oscilación del galvanómetro), retire la bobina del campo (o gírela\(90^\circ\)) para que el flujo a través de la bobina pase de\(AB\) a cero. Mientras el flujo a través de la bobina está cambiando, y EMF será inducido, igual a,\(NA\dot B\) y consecuentemente una corriente fluirá momentáneamente a través de la bobina de magnitud

\[I=\dfrac{NA\dot B}{R+r}, \label{10.4.1}\]

donde r es la resistencia del galvanómetro. Integrar esto con respecto al tiempo, con condición inicial\(Q = 0\text{ when }t = 0\), y encontramos para la cantidad total de electricidad que fluye a través del galvanómetro

\[Q=\dfrac{NAB}{R+r}.\label{10.4.2}\]

Dado que se\(Q\) puede medir a partir de la amplitud del movimiento del galvanómetro,\(B\) se determina la intensidad del campo magnético.

Mencioné que el galvanómetro balístico difiere del de un galvanómetro o amperímetro ordinario en que su movimiento no está amortiguado. Se amortiga el movimiento de la aguja en un amperímetro ordinario, de manera que la aguja no balancee violentamente cada vez que se cambia la corriente, y de manera que la aguja se mueve rápida y decididamente hacia su posición correcta. ¿Cómo se logra esta amortiguación?

La bobina de un medidor de bobina móvil se enrolla alrededor de un pequeño marco de aluminio llamado formador. Cuando se cambia la corriente a través de la bobina amperímetro, la bobina —y la primera— giran alrededor; pero se induce una corriente en la primera, lo que le da a la primera un momento magnético en tal sentido que se opone y, por lo tanto, amortigüe el movimiento. La resistencia del primero se hace justo para que se logre una amortiguación crítica, de manera que la aguja alcance su posición de equilibrio en el menor tiempo sin sobrepasar ni balancearse. El pequeño ex de aluminio no parece como si fuera una parte importante del instrumento — ¡pero de hecho su cuidado diseño es muy importante!