Aparatos para la enseñanza de las leyes físicas del siglo XIX

GANOT, ADOLPHE: Tratado elemental de física experimental y aplicada y de meteorología

Laboratorio Física del I.E.S. Ibáñez Martín

GALVANÓMETRO ASTÁTICO 

COLECCIÓN Electromagnetismo
FUNCIONAMIENTO
     Para comprender su principio, consideremos una aguja imantada suspendida de un hilo de seda sin torsión (fig. 491), y rodeada, en el plano del meridiano magnético, de un alambre de cobre que forma un circuito completo alrededor de la aguja, en el sentido de su longitud. Cuando se halla atravesado este alambre por una corriente, resulta del convenio establecido en el párrafo anterior, que, en todas las artes del circuito, un observador, tendido en la dirección del alambre, en el sentido de las flechas, y mirando la aguja ab, tendría la izquierda vuelta hacia el mismo punto del horizonte, y de consiguiente, que por todas partes la acción de la corriente tiende a hacer girar la aguja en el mismo sentido. Es decir, que las acciones de las cuatro ramas del circuito concurren para dar al polo austral la misma dirección. Arrollando el alambre de cobre en el sentido de la aguja, como indica la figura, se ha multiplicado, pues, la acción de la corriente. Si en vez de una sola vuelta existen muchas, se multiplica más la acción y aumenta la desviación de la aguja. Sin embargo, no se multiplicaría indefinidamente la acción de la corriente continuando las circunvoluciones del alambre, pues pronto veremos que la intensidad de una corriente se debilita cuando aumenta la longitud del circuito que recorre.      Como la acción directriz de la tierra tiende sin cesar a mantener la aguja en el meridiano magnético, oponiéndose así a la acción de la corriente, se hace mucho más sensible el efecto de esta, sirviéndose de un sistema de dos agujas astáticas (fig. 492). Entonces es muy débil la acción de la tierra sobre las agujas (575), y además se aúnan las acciones de la corriente sobre las dos agujas. En efecto, la acción del circuito completo tiende, según el sentido que marcan las flechas, a desviar hacia el oeste el polo austral de la aguja inferior ab; y la superior a´b´ está sometida a la acción de dos corrientes contrarias mn y pq; pero como la primera es la más próxima, su acción es superior. Pasando esta corriente por debajo de la aguja del polo austral al boreal, tiende evidentemente a hacer girar el polo hacia el este, y de consiguiente, el b´ hacia el oeste, esto es, en el mismo sentido que el a de la otra aguja.
SISTEMA ASTÁTICO

   Se denomina aguja astática la que se halla libre de la acción magnética de la tierra. Tal sería una aguja móvil alrededor de un eje situado en el plano del meridiano magnético, paralelamente a la inclinación; porque el par magnético terrestre obra entonces en el sentido del eje, y no puede, por lo mismo, comunicar a la aguja ninguna dirección determinada.     Un sistema astático es la reunión de dos agujas de igual fuerza, unidas paralelamente y enfrente uno de otro los polos contrarios (fig. 411). Si tienen rigurosamente la misma fuerza ambas agujas, se destruyen las acciones contrarias del globo sobre los polos y b, como también sobre los a y , y el sistema es completamente astático. Pronto se verá en el galvanómetro una importante aplicación del sistema magnético astático.

TEORÍA DEL MULTIPLICADOR

   Sentados estos principios, es fácil darse cuenta de la teoría del multiplicador. Este aparato (fig. 493) consta de un bastidor D de cobre, alrededor del cual se arrolla un alambre del mismo metal, cubierto de seda en toda su longitud, a fin de aislar los circuitos entre sí. Encima de este bastidor existe un cuadrante horizontal graduado, cuyo cero corresponde al diámetro paralelo a la dirección del alambre de cobre debajo del bastidor: este cuadrante cuenta con dos graduaciones, una hacia la derecha y otra hacia la izquierda del cero, pero sólo hasta 90 grados. Por medio de un sostén y de un hilo elemental de seda sumamente fino se suspende un sistema astático (575) formado de dos agujas de coser ab y A, la primera encima del cuadrante, y la segunda en el mismo circuito. Estas agujas, que se hallan reunidas entre sí por un alambre de cobre, como las de la figura 411, no pudiéndose desviar la una sin que también se desvíe la otra, no deben tener idénticamente la misma intensidad magnética, pues de lo contrario cualquier corriente, fuerte o débil, las pondría siempre en cruz con él.      Los vástagos encorvados K y H, que comunican por la parte inferior del aparato con los dos extremos del circuito, reciben los conductores que trasmiten la corriente que se desea observar. Los tornillos C sirven para situar exactamente vertical el aparato, de modo que el hilo de suspensión corresponda precisamente al centro del cuadrante. Por fin, un botón E transmite el movimiento al marco D y al cuadrante que son movibles alrededor de su eje vertical, de modo que los alambres del circuito acepten la dirección del meridiano magnético, sin necesidad de tocar al aparato.      Cuando el galvanómetro sirve para observar corrientes que dependen de las acciones químicas, el alambre que se arrolla alrededor de las agujas ha de contar muy poco diámetro, y dar muchas revoluciones, de 600 a 800 por lo menos. El número de vueltas asciende frecuentemente a dos o tres mil, y para experimentos muy delicados ha llegado hasta 30000. Para las corrientes termo-eléctricas, que más adelante describiremos, el alambre debe ser más grueso y efectuar un número menor de vueltas, es decir, unas 200 o 300 tan sólo. Por último, cuando se trata de corrientes intensas, sirven galvanómetros de una sola aguja, y el alambre da muy pocas vueltas, a veces sólo una. El galvanómetro más sencillo es entonces una brújula, por encima de la cual pasa un alambre de cobre dirigido en el sentido del meridiano magnético para recibir la corriente cuya intensidad se busca.      El galvanómetro que acabamos de describir no acusa ninguna corriente, cuando se hace pasar por el alambre la electricidad de una máquina eléctrica, poniendo en comunicación uno de los extremos con los conductores, y el otro con el suelo. Sólo se hace sensible la corriente que pasa entonces por el aparato, empleando un alambre, muy fino arrollado hasta dos o tres mil veces sobre sí mismo, y aislando completamente entre sí los circuitos por medio de seda y de barniz hecho con goma laca. Con estas condiciones, la electricidad de la máquina eléctrica desvía las agujas, lo cual demuestra la identidad de la electricidad estática con la dinámica.

GRADUACIÓN DEL GALVANÓMETRO

     El galvanómetro es un aparato sumamente sensible para comprobar la presencia de las corrientes, pero no da a conocer su intensidad. Para conseguirlo hay que construir tablas, por medio de las cuales pueda deducirse, de la desviación de la aguja, la intensidad de la corriente.      El método más sencillo para formar estas tablas es el del multiplicador de dos alambres. Se arrollan simultáneamente, en el bastidor del aparato, dos alambres de cobre cubiertos igualmente de seda, e idénticos en longitud y en diámetro; y eligiendo luego un foco de electricidad dinámica constante, pero muy débil, se hace pasar la corriente por uno de los alambres, lo cual da cierta desviación, 5 grados por ejemplo. En seguida, por medio de un foco eléctrico idéntico al primero, se hace pasar al mismo tiempo por cada alambre una corriente de igual intensidad, obteniéndose otra desviación, 10 grados, por ejemplo, que procede de la acción simultánea de las dos corrientes, o lo que es lo mismo, de una corriente dos veces más intensa que la primera. Si se hace pasar después por uno de los alambres una corriente capaz de producir por sí sola la desviación 10, y en el otro una de las que produjeron la desviación 5, lo cual equivale evidentemente, a una corriente triple de la primera, se obtiene la desviación 15. En fin, haciendo pasar por cada uno de los alambres a la vez una corriente capaz de dar la desviación 10, se observa una de 20 grados. Es decir, que hasta 20 grados, las desviaciones crecen proporcionalmente a la intensidad de la corriente. Pasado este término crecen con menos rapidez; pero, empleando el mismo procedimiento, siguen determinándose, de distancia en distancia, las desviaciones correspondientes a intensidades conocidas, y luego se termina la tabla por el método de las interpolaciones. Cada galvanómetro exige una tabla particular, porque la relación entre la intensidad de la corriente y la desviación de la aguja varía con el grado de imantación de ésta, con su longitud, con su distancia de la corriente, y por último, con la longitud del circuito.      Supuesto que hasta 20 grados las desviaciones son sensiblemente proporcionales a las intensidades, se puede, en el caso de un galvanómetro de un solo alambre apoyarse en esta propiedad para medir hasta dicho límite las intensidades por medio de las desviaciones. Para pasar adelante sería preciso construir una tabla fundándose en las desviaciones producidas por corrientes cuya intensidad fuese conocida, y calculando en seguida, por interpolación, las intensidades correspondientes a las desviaciones intermedias.      El multiplicador de dos alambres puede servir también para medir la diferencia de intensidad de dos corrientes, lo cual se obtiene haciendo pasar simultáneamente, en sentido contrario, una por cada alambre. El aparato se denomina en este caso galvanómetro diferencial

APLICACIONES

No sólo sirve para comprobar la presencia de las corrientes, sino también para conocer su dirección y su intensidad. También se puede medir la resistencia y conductibilidad de hilos conductores. Se comprobó que hilos de distintos materiales, tenían distintos valores óhmicos. Estos valores cambian con la longitud y la sección. Con este aparato pudo cerciorarse M. Becquerel de que hay desprendimiento de electricidad en todas las combinaciones químicas, y determinan las leyes que presiden a estas combinaciones.      Por ejemplo, si se fijan en las extremidades del circuito del galvanómetro dos alambres de platino, y si se introducen éstos en una cápsula llena de ácido nítrico, no se nota desviación alguna en la aguja, lo cual podía preverse fácilmente, supuesto que aquel ácido no ataca al platino. Pero si se vierte una gota de ácido clorhídrico cerca de uno de los alambres sumergidos, al instante se desvía la aguja del galvanómetro, dando a entender que, una corriente atraviesa al circuito. En efecto, sabido es que por su reacción mutua dan origen los ácidos nítrico y clorhídrico al ácido cloro-nítrico o aguja regia, que ataca al platino. Se reconoce, además, por el sentido de la desviación, que el platino está electrizado negativamente, y el ácido positivamente.  

APPLET Galvanómetro.   (C) Angel Franco García. Universidad del País Vasco (España)  www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_magnetico/galvanometro/galvanometro.htm
BIBLIOGRAFÍA

DELGADO, Mª ÁNGELES, LÓPEZ, J. DAMIÁN Y OTROS: La recuperación del material científico de los gabinetes y laboratorios de Física y de Química de los institutos y su aplicación a la práctica docente en secundaria, en XXI Encuentros de Didáctica de las Ciencias Experimentales. Servicio editorial UPV, 2004, pp.361-380. 

FELIU Y PÉREZ, BARTOLOMÉ: Curso elemental de Física experimental y aplicada y nociones de Química Inorgánica. Sexta edición. Imprenta de Jaime Jepus, Barcelona, 1886

(C) Angel Franco García. Universidad del País Vasco (España)  www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_magnetico/galvanometro/galvanometro.htm

GANOT, ADOLPHE: Tratado elemental de física experimental y aplicada y de meteorología. 2º edición. París 1871.

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