Galvanômetro de espelho - Mirror galvanometer
Um galvanômetro de espelho é um amperímetro que indica que detectou uma corrente elétrica desviando um feixe de luz com um espelho . O feixe de luz projetado em uma escala atua como um longo ponteiro sem massa. Em 1826, Johann Christian Poggendorff desenvolveu o galvanômetro de espelho para detectar correntes elétricas. O aparelho também é conhecido como galvanômetro de ponto, em homenagem ao ponto de luz produzido em alguns modelos.
Galvanômetros de espelho foram usados extensivamente em instrumentos científicos antes que amplificadores eletrônicos confiáveis e estáveis estivessem disponíveis. Os usos mais comuns eram como equipamento de registro para sismômetros e cabos submarinos usados para telegrafia.
Nos tempos modernos, o termo galvanômetro de espelho também é usado para dispositivos que movem feixes de laser girando um espelho através de um galvanômetro configurado, geralmente com um circuito de controle semelhante a um servo . O nome é freqüentemente abreviado como galvo .
Galvanômetro de Kelvin
O galvanômetro de espelho foi melhorado significativamente por William Thomson , que mais tarde se tornou Lord Kelvin. Ele cunhou o termo galvanômetro de espelho e patenteou o dispositivo em 1858. Thomson pretendia que o instrumento lesse correntes de sinal fraco em cabos telegráficos submarinos muito longos . Este instrumento era muito mais sensível do que qualquer outro anterior, permitindo a detecção do menor defeito no núcleo de um cabo durante sua fabricação e submersão.
Thomson decidiu que precisava de um instrumento extremamente sensível depois de participar da tentativa fracassada de instalar um cabo telegráfico transatlântico em 1857. Ele trabalhou no dispositivo enquanto esperava por uma nova expedição no ano seguinte. Ele primeiro olhou para o aperfeiçoamento de um galvanômetro usado por Hermann von Helmholtz para medir a velocidade dos sinais nervosos em 1849. O galvanômetro de Helmholtz tinha um espelho fixado na agulha em movimento, que era usado para projetar um feixe de luz na parede oposta, ampliando muito o sinal. Thomson pretendia tornar isso mais sensível reduzindo a massa das partes móveis, mas em um lampejo de inspiração, enquanto observava a luz refletida em seu monóculo suspenso em volta do pescoço, percebeu que poderia dispensar totalmente a agulha e sua montagem. Em vez disso, ele usou um pequeno pedaço de vidro espelhado com um pequeno pedaço de aço magnetizado colado na parte de trás. Este foi suspenso por um fio no campo magnético da bobina de detecção fixa. Com pressa para experimentar a ideia, Thomson primeiro usou um cabelo de seu cachorro, mas depois usou um fio de seda do vestido de sua sobrinha Agnes.
O seguinte é adaptado de um relato contemporâneo do instrumento de Thomson:
O galvanômetro de espelho consiste em uma longa e fina bobina de fio de cobre coberto de seda. No coração dessa bobina, dentro de uma pequena câmara de ar, um pequeno espelho redondo é pendurado por uma única fibra de seda, com quatro minúsculos ímãs cimentados em sua parte traseira. Um feixe de luz é lançado de uma lâmpada sobre o espelho e refletido por ele em uma tela ou escala branca a poucos metros de distância, onde forma um ponto brilhante de luz. Quando não há corrente no instrumento, o ponto de luz permanece estacionário na posição zero da tela; mas no instante em que uma corrente atravessa o longo fio da bobina, os ímãs suspensos se retorcem horizontalmente para fora de sua posição anterior, o espelho é inclinado com eles e o feixe de luz é desviado ao longo da tela para um lado ou outro, de acordo com à natureza da corrente. Se uma corrente elétrica positiva der uma deflexão à direita de zero, uma corrente negativa dará uma deflexão à esquerda de zero e vice-versa.
O ar na pequena câmara ao redor do espelho é comprimido à vontade, de modo a agir como uma almofada e amortecer os movimentos do espelho. A agulha é assim impedida de balançar ociosamente a cada deflexão, e os sinais separados são reproduzidos abruptamente. Em uma estação receptora, a corrente que vem do cabo precisa simplesmente ser passada através da bobina antes de ser enviada para o solo, e o ponto de luz errante na tela representa fielmente todas as suas variações para o funcionário, que, olhando, interpreta estes, e grita a mensagem palavra por palavra. O pequeno peso do espelho e dos ímãs que formam a parte móvel deste instrumento, e a extensão na qual os movimentos minúsculos do espelho podem ser ampliados na tela pelo feixe de luz refletido, que atua como uma mão ou ponteiro longo e impalpável , tornam o galvanômetro de espelho maravilhosamente sensível à corrente, especialmente quando comparado com outras formas de instrumentos de recepção. Mensagens podiam ser enviadas do Reino Unido para os Estados Unidos por um cabo do Atlântico e de volta por outro, e aí recebidas no galvanômetro de espelho, a corrente elétrica utilizada era a de uma bateria de brinquedo feita de dedal de prata de senhora, um grão de zinco e uma gota de água acidulada.
A vantagem prática desta extrema delicadeza é que as ondas de sinal da corrente podem seguir umas às outras tão próximas a ponto de se aglutinarem, deixando apenas uma ligeira subida e descida de suas cristas, como ondulações na superfície de um riacho, e ainda assim, o ponto de luz responderá a cada um. O fluxo principal da corrente mudará, naturalmente, o zero do ponto, mas além dessa mudança de lugar, o ponto seguirá as flutuações momentâneas da corrente que formam os sinais individuais da mensagem. Com essa mudança do zero e o ligeiro aumento e queda na corrente produzida pela sinalização rápida, os instrumentos de linhas terrestres comuns são bastante imprestáveis para o trabalho em cabos longos.
Galvanômetro de bobina móvel
O galvanômetro de bobina móvel foi desenvolvido independentemente por Marcel Deprez e Jacques-Arsène d'Arsonval por volta de 1880. O galvanômetro de Deprez foi desenvolvido para altas correntes, enquanto D'Arsonval o projetou para medir correntes fracas. Ao contrário do galvanômetro de Kelvin, neste tipo de galvanômetro o ímã é estacionário e a bobina está suspensa na lacuna do ímã. O espelho preso à estrutura da bobina gira junto com ele. Esta forma de instrumento pode ser mais sensível e precisa e substituiu o galvanômetro de Kelvin na maioria das aplicações. O galvanômetro de bobina móvel é praticamente imune aos campos magnéticos ambientais. Outra característica importante é o autoamortecimento gerado pelas forças eletromagnéticas devidas às correntes induzidas na bobina por seus movimentos no campo magnético. Estes são proporcionais à velocidade angular da bobina.
Usos modernos
Nos tempos modernos, galvanômetros de espelho de alta velocidade são empregados em shows de luz laser para mover os feixes de laser e produzir padrões geométricos coloridos na névoa ao redor da audiência. Esses galvanômetros de espelho de alta velocidade provaram ser indispensáveis na indústria para sistemas de marcação a laser para tudo, desde ferramentas manuais de gravação a laser, recipientes e peças até wafers semicondutores de codificação em lote na fabricação de dispositivos semicondutores . Eles normalmente controlam as direções X e Y nos marcadores de laser Nd: YAG e CO 2 para controlar a posição do ponto de laser infravermelho. A ablação a laser , a usinagem de feixe de laser e os cubos de wafer são áreas industriais onde galvanômetros de espelho de alta velocidade podem ser encontrados.
Este galvanômetro de bobina móvel é usado principalmente para medir correntes muito fracas ou baixas da ordem de 10-9 A.
Para linearizar o campo magnético através da bobina em toda a faixa de movimento do galvanômetro, o design d'Arsonval de um cilindro de ferro macio é colocado dentro da bobina sem tocá-la. Isso dá um campo radial consistente, em vez de um campo linear paralelo.
Veja também
Referências
Leitura adicional
- "Galvanômetro de Marcel Deprez para correntes fortes" . Nature . 22 (559): 246–7. 15 de julho de 1880. doi : 10.1038 / 022246b0 .
links externos
- Mirror Galvanometer - Interactive Java Tutorial National High Magnetic Field Laboratory