Установка. Демонстрационный гальванометр. Банка со слабым раствором соли и опущенными в него двумя электродами. (Раствор с электродами играет роль предохранительного сопротивления, см. в решении) Ключ. Вся установка, состоящая из последовательно соединенных гальванометра, ключа и банки, включается в сеть переменного тока.

Условие задачи. Гальванометр постоянного тока включен через сопротивление в сеть городского переменного тока. Замкните цепь, нажав на ключ. Стрелка гальванометра от этого не отклоняется, хотя сила тока вполне достаточна для того, чтобы стрелка отклонилась почти до края шкалы.

Почему же стрелка не отклоняется?

Отпустите ключ и резким, коротким ударом пальца по ключу замкните и разомкните цепь. Проделайте это несколько раз (10 раз) и наблюдайте за стрелкой гальванометра.

Почему она при некоторых замыканиях цепи отклоняется в одну сторону, а при других – в другую?

Дополнения. I. Почему при мгновенном замыкании цепи стрелка отклоняется на самые различные углы, как в одну, так и в другую сторону?

2. Почему иногда при мгновенном замыкании цепи стрелка остается неподвижной?

3. Внимательно смотрите на кончик стрелки гальванометра и замкните цепь ключом. Почему вместо четко очерченного кончика стрелки вы видите на белом фоне шкалы ее размытый контур до тех пор, пока цепь остается замкнутой?

4. Что мешает стрелке гальванометра следовать за всеми изменениями переменного тока?

5. Если можно было бы построить безинерционный гальванометр, могли бы вы следить за движением его стрелки, когда он включен в сеть городского переменного тока?

6. Какие вы знаете приборы, которые в состоянии регистрировать не только изменения городского переменного тока, но и высокочастотного радиотока?

7. Иногда бывает, что при замыкании цепи переменного городского тока, в которую включен гальванометр, стрелка отклоняется на некоторый небольшой постоянный угол. Как вы объяснили бы причину подобного явления?

Решение и пояснения

138. (7, 10-й кл.) При „мгновенных“ замыканиях цепи на гальванометр действуют „мгновенные“ значения разности потенциалов переменного тока, которые, как известно, изменяются, переходя через нулевое значение, от U₊ до U _– .

В связи с этим возникают различные отклонения стрелки гальванометра как по величине, так и по направлению. Очевидно, при длительном замыкании 50-периодного переменного тока стрелка гальванометра, вследствие инерции его подвижной системы, не может отклоняться ни в одну, ни в другую сторону на заметный угол.

Дополнения. 1. Ответ дан в решении задачи.

2. Стрелка остается неподвижной, когда момент замыкания цепи совпадает с разностью потенциалов переменного тока, равной нулю.

3. Потому что, несмотря на инерцию подвижной системы, стрелка все же отклоняется переменным током как в одну, так и в другую сторону. По ширине размытого контура конца стрелки видно, что ее отклонения от вертикали не превышают нескольких десятых долей градуса. Понятно, что при частоте, равной 50 колебаниям в секунду, отдельные положения конца стрелки невидим, так как эта частота значительно превышает доступные для восприятия глазом.

4. Инерция подвижной системы гальванометра.

5. Нет (см. дополнение 3).

6. Различные системы осциллографов.

7. Ответ дается в решении задачи 140 (дополнение 4).
Экспериментальная часть задачи требует очень мало времени.

Часть вопросов (или все) можно дать учащимся для домашних занятий.

Обычный демонстрационный гальванометр можно вполне безопасно включать в сеть переменного тока последовательно с лампочкой накаливания (127 в, 25 вт) в качестве предохранительного сопротивления, если делать те кратковременные замыкания цепи, которые нужны для решения задачи. В установке указано значительно большее сопротивление, рассчитанное на значительно более слабые токи только из боязни случайного длительного замыкания цепи. Если она исключена, следует предпочесть применение лампочки.