Strömvåg

Principskiss av en strömvåg.
Strömvåg som användes av amerikanska National Bureau of Standards 1927. Notera spolarna (under bänken) som ersätter den högra vågskålen.

En strömvåg[1] är ett elektromekaniskt mätinstrument för att bestämma strömstyrka som i princip består av en balansvåg där man på ena sidan har en vanlig vågskål i vilken man placerar vikter och på den andra sidan har en strömgenomfluten elektrisk ledare i ett magnetfält.[2] Hos precisionsinstrument utgörs såväl ledaren som magneten av spolar. Vågen kan dock i praktiken utfomas på olika sätt.

Strömvågar har använts för att bestämma SI-enheten ampere[3] och en utveckling av strömvågen, kibblevågen (tidigare wattvågen)[4], används sedan 20 maj 2019 för att bestämma SI-enheten kilogram.[5][6]

Kelvins strömvåg

1887[7] konstruerade William Thomson (från 1899 Lord Kelvin) en ny typ av strömvåg (se bilderna nedan) som kom att bli den mest använda[8]. Den består av fyra fast monterade spolar (A1, A2, B1 och B2 i principskissen nedan). A1 och A2 är lindade på samma håll (i förhållande till strömriktningen genom dem) och ger ett magnetfält i samma riktning, medan B1 och B2 är lindade på andra hållet och därför ger ett magnetfält i motsatt riktning. Mellan dessa fyra spolar sitter två spolar, C1 och C2, monterade på en (grön) vågbom. Dessa är lindade på varsitt håll och ger därför magnetfält som är motriktade varandra. I figuren attraheras sålunda den vänstra spolen C1 av B1 och repelleras av A1, medan den högra spolen C2 attraheras av A2 och repelleras av B2, vilket ger upphov till krafterna F1 respektive F2. Alla sex spolarna är seriekopplade så att samma ström flyter genom dem. På vågbommen sitter en (blå) skjutbar vikt (W) och när denna vikt placerats så att vridmomentet från dess tyngd (F3) motverkar vridmomenten från F1 och F2 är vågen i balans och vridmomentet från F1+F2 kan beräknas. Skalan på vågen kan, såklart, graderas direkt i ampere, i stället för hur långt åt höger på bommen vikten skjutits (kvadraten på strömstyrkan är ju proportionell mot produkten av viktens massa och hur långt den flyttats[9]) och genom att byta vikt kan vågens mätområde ändras.[10] Thomson lät tillverka sex olika dimensioner; den minsta för mätområdet 20 till 500 mA, medan den kraftigaste spände över 100 till 2500 A.[7]

"Kelvinvågar" skall inte förväxlas med kelvinvågor.

Principskiss av Kelvins strömvåg.
Bild på "kelvinvåg" ur Encyclopaedia Britannica 1911.
"Kopplingsschema" för Kelvins våg ur Encyclopaedia Britannica 1911. (Endast ett av spolarnas varv har ritats ut).

Referenser och noter

  1. ^ Laborationsinstruktion 3: Strömvåg, ( PDF) Sid.5 Fysik B, Institutionen för datavetenskap, fysik och matematik, Linnéuniversitetet.
  2. ^ Glazebrook (1903) sid. 368-369.
  3. ^ Ampere:history på NIST.
  4. ^ Kilogram: The Kibble Balance på NIST.
  5. ^ Elizabeth Gibney, 2019, Physical kilogram is officially dead, Nature, News 20 maj 2019.
  6. ^ Ian Robinson och Stephan Schlamminger, 2016, The watt or Kibble balance: A technique for implementing the new SI definition of the unit of mass i Metrologia 53:5, sid. A46–A74.
  7. ^ [a b] W. Thomson, 1887, New Electric Balances. Ursprungligen publicerade i British Association Report 1887 sid. 582-583 och Nature 29 sept 1887 sid. 522-524. Joseph Larmor (ed.), 1911, Mathematical and physical papers by the right honourable Sir William Thomson Baron Kelvin., volym 5, Univerity Press, Cambridge, sid. 460. Se även On a New Composite Electric Balance (i Proceedings of the Philosophical Society of Glasgow vol 19 (1888) sid. 273-274) på sid. 465-468, med figurer på sid. 466-467.
  8. ^ Glazebrook (1903) sid 369.
  9. ^ Kraften mellan två parallella ledare är (se Magnetic Force Between Wires på HyperPhysics) och eftersom så är alltså . Vridmomentet är proportionellt mot och sålunda är . Detta vridmoment (summerat över alla spolarna) är lika med det vridmoment som åstadkoms av vikten, som är lika med , och sålunda är .
  10. ^ Glazebrook (1903) sid 371.

Se även

Externa länkar

  • Current Balance på Kenyon College Department of Physics med foton på fyra "kelvinvågar".

Media som används på denna webbplats

Kelvins våg.svg
Författare/Upphovsman: Episcophagus, Licens: CC BY-SA 4.0
Kelvin balance. Two coils on green pivoted beam. Coils A1, A2, B1 and B2 rigid. Slideable blue weight (W).
1911 Britannica - Connexions of Kelvin Ampere Balance.png
Connexions of Kelvin ampere balance. Illustration from 1911 Encyclopædia Britannica, article Amperemeter.
Current scales.png
Författare/Upphovsman: Ingen maskinläsbar skapare angavs. LukMak antaget (baserat på upphovsrättsanspråk)., Licens: CC BY-SA 3.0
Picture shows current scales to create a model of current.
Ampere balance 1927.jpg
A precision Ampere balance at the US National Bureau of Standards (now NIST that served as a standard for comparing electric current for the United States in 1927. This specific type was called a Rosa-Dorsey current balance. It consisted of a sensitive laboratory balance (top) with one of its pans replaced by a coil of wire (visible under balance), with a second stationary coil of wire below it. An unknown current is passed through the coils, causing the upper coil to be attracted to the lower coil, pulling the right arm of the balance down. Standard weights are put on the lefthand pan until the arms balance. The magnitude of the unknown current can be calculated from the weights and the dimensions of the coils. The accuracy of the Ampere balance was limited because it was dependent on the shape and rigidity of the wire coils. It was replaced as a standard of electric current in the 1960s by atomic standards, such as Josephson junctions.