1. Введение
В учебнике под ред. Г. С. Ландсберга указано:
«...для измерения тока можно использовать любое действие его: и химическое, и тепловое, и магнитное» [Ландсберг, 1985: 107].
Об этом написано и в ранее вышедшей книге Роберта Поля, см.: «Измерители тока, основанные на тепловом действии» [Поль, 1962: 25].
То есть идею «теплового амперметра» можно полагать общепризнанной.
Когда-то тема теплового гальванометра входила в школьный учебник, см., например: [Фалеев и др., 1947]. Сейчас, думается, она представляет интерес как возможный пример в объяснении физических процессов. Дело в том, что, похоже, в объяснении действия теплового амперметра существует либо ошибка интерпретации, либо недосказанность.
2. Принцип действия теплового гальванометра-амперметра
Гальванометр, градуированный пропорционально величине «силы тока» (мощности потока электричества, проходящего по цепи) называется «амперметром».
Действие теплового гальванометра-«амперметра» основано на том, что при прохождении электрической энергии через проволоку, она нагревается (расширяется) и ее длина увеличивается. Поскольку увеличение длины проволоки пропорционально степени ее нагрева, а степень нагрева пропорциональна мощности потока электроэнергии, входящего в проволоку, то мера увеличения длины проволоки пропорциональна мощности потока электроэнергии, входящего в нее.
Следовательно, по увеличению длины проволоки можно судить о мощности потока электроэнергии, входящего в проволоку.
Понятно, тепловой гальванометр-«амперметр» включается в разрыв цепи, как и обычный гальванометр-«амперметр».
3. Конструкция теплового амперметра
Схема теплового гальванометра-«амперметра» приведена на рис. (рис. и описание взяты из: [Ландсберг, 1985: 107]).
Рис. Устройство теплового амперметра
а) тока через амперметр нет; б) ток через амперметр есть
Тепловой гальванометр состоит из тонкой проволоки «1», (изготовленной из неокисляемого упругого материала), закрепленной на концах. Через эту проволоку проходит поток электричества. К середине проволоки прикреплен конец нити «2», обернутой вокруг оси стрелки «0» и прикрепленной другим концом к пружине.
В проволоку поступает некоторое количество электрической энергии, часть этой электрической энергии проволока поглощает и преобразует ее в тепловую энергию, за счет чего нагревается и увеличивается в длине. Другую часть электроэнергии проволока пропускает (проводит) через себя.
Нить «2», под воздействием пружины, оттягивает удлинившуюся проволоку «1» вниз и, соответственно, поворачивает стрелку «0» на угол, соответствующий количеству электроэнергии, поглощенной проволокой «1».
Здесь можно говорить:
1) о мощности поглощения проволоки – количестве электричества, которое проволока поглощает;
2) о мощности проводимости проволоки – количестве электричества, которое проволока пропускает (проводит) через себя (в единицу времени).
4. Истолкование результатов
В истолковании работы теплового амперметра нет полной ясности. Ведь «измеряющая проволока» нагревается и увеличивает длину за счет мощности поглощения – вещество проволоки поглощает некоторое количество электрической энергии и преобразовывает ее в тепловую энергию.
Следовательно, проволока увеличивает свою длину не за счет электричества, проходящего через нее (на за счет мощности проводимости), а за счет электричества, которое она поглотила, абсорбировала (мощности поглощения).
Отсюда следует, что проволока (как нагрузка) «измеряет» только мощность поглощения – количество поглощенного ей электричества.
А количество электричества. которое проходит через проволоку дальше по всей цепи – «мощность проводимости» («сила тока»), остается неизвестной.
Можно предположить, что измеряющая способность теплового амперметра основана на том, что между величиной мощности поглощения проволоки и величиной мощности ее проводимости есть прямая, пропорциональная связь.
Вероятно, при изменении мощности поглощения, пропорционально изменяется и мощность проводимости, таким образом, через измерение мощности поглощения возможно измерение мощности проводимости («силы тока»). Следовательно, здесь можно говорить не о прямом, а о косвенном измерении мощности проводимости («силы тока»).
Ссылки
Ландсберг Г. С. (1985) Элементарный учебник физики. Т. 2. Электричество и магнетизм. М.: Наука,.
Поль Р. В. (1962) Учение об электричестве. М.: Физматгиз..
Pohl, Robert. (1962) Wichard. Elektrizitätslehre. Berlin: Springer. (russ. ed.)
Фалеев Г. И., Перышкин А.В. Физика. Учебник для 7 класса. 1947.