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一輪復習:磁電式電流表

在電流表擴大量程和改裝成電壓表的實驗中,提到的“表頭”究竟是是什麼?它就是磁電式電流表。

1.結構

磁電式電流表結構示意圖:

如圖展示瞭我們實驗中常用的磁電式電流表的結構,它所依據的物理學原理就是通電線圈因受安培力而轉動。

磁電式電流表最基本的組成部分是磁體和放在磁體兩極之間的線圈。線圈在磁場中受力的情況如圖所示。

2.工作原理

(1)當電流通過線圈時,線圈上跟轉軸平行的兩邊都要受到安培力,這兩個力產生的力矩M安=BIS(式中n為匝數,S為線圈面積)使線圈發生轉動.

(2)線圈轉動時又使螺旋彈簧被扭動,產生阻礙線圈轉動的力矩M彈=kθ,其大小隨線圈轉動角度的增大而增大,當這種阻礙力矩和安培力產生的使線圈轉動的力矩相平衡時,線圈停止指針轉動,成瞭純電阻.如圖所示.

(3)由M安=nBIS=kθ=M彈,得θ=nBSI/k∝I,可知根據指針的偏轉角度的大小,可以知道被測電流的強弱,且刻度是均勻的.

當電流通過線圈時,導線受到安培力的作用。由左手定則可以判定,線圈左右兩邊所受的安培力的方向相反,於是安裝在軸上的線圈就要轉動。

3.輻向磁場

從前面的分析可知,安培力總與磁感應強度的方向垂直。電流表的兩磁極裝有極靴,極靴中間還有一個用軟鐵制成的圓柱。這樣,極靴與圓柱間的磁場都沿半徑方向(輻向磁場),如圖所示。

線圈無論轉到什麼位置,它的平面都跟磁感線平行,線圈左右兩邊所在之處的磁感應強度的大小都相等。線圈中的電流方向改變時,安培力的方向隨著改變,指針的偏轉方向也隨著改變。所以,根據指針的偏轉方向,可以知道被測電流的方向。

4.優缺點

磁電式電流表的優點是靈敏度高,可以測出很弱的電流;缺點是線圈的導線很細,允許通過的電流很弱(幾十微安到幾毫安)。如果要用它測量較大的電流,就需要擴大其量程。

5.讀數原理

磁電式電流表的讀數是應用瞭電磁阻尼的原理。

為瞭使指針擺動快速穩定下來,從而便於快速讀出示數,磁電式電流表將線圈繞在閉合的鋁框上,在閉合的鋁框內產生感應電流,獲得電磁阻尼力矩,以使線圈快速穩定在所示數值的位置。

6.平移磁電式電流表

指針平移磁電式電流表:

例題:電流計的主要結構如圖甲所示,固定有指針的鋁框處在由磁極與軟鐵芯構成的磁場中,並可繞軸轉動。鋁框上繞有線圈,線圈的兩端與接線柱相連。用兩根導線分別將兩隻電流計的“+”、“-”接線柱相連,如圖乙所示,拔動一隻電流計的指針,另一隻電流計的指針也會轉動。為瞭解釋上述現象,有同學對軟鐵芯內部的磁感線分佈提出瞭如下的猜想,可能正確的是(C)

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