કંપન ગૅલ્વેનોમીટર (ચલિત ગૂંચળાવાળું ગૅલ્વેનોમીટર)

કંપન ગૅલ્વેનોમીટર (ચલિત ગૂંચળાવાળું ગૅલ્વેનોમીટર) : વિદ્યુતપ્રવાહ જાણવા અને માપવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતું સાધન (ઉપકરણ).

અહીં જેમાં થઈને વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર થાય છે તેવા ગુંચળાને ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં રાખવામાં આવે છે. બિનચુંબકીય ધાત્વિક (metallic) ચોકઠા ઉપર અવાહક પડવાળા પાતળા તાંબાના મોટી સંખ્યામાં આંટા ધરાવતું લંબચોરસ ગૂંચળું હોય છે.

ચોકઠું અને ગૂંચળું પ્રમાણમાં હલકું રાખવામાં આવે છે, જેથી કરીને સરળતાથી તે આવર્તન પામી શકે. આ ગૂંચળાને ઘોડાનાળ જેવા કાયમી ચુંબકના બે ધ્રુવો – ઉત્તર અને દક્ષિણ – ની વચ્ચે પાતળા અને હલકા ફૉસ્ફર બ્રૉન્ઝની પટ્ટી વડે લટકાવવામાં આવે છે. આ ગૂંચળા(પટ્ટી)નો ઉપરનો છેડો મરોડ (વિમોટન) (torsion) પતરા સાથે જોડેલો હોય છે. ગૂંચળાનો નીચેનો છેડો પાતળા ફોસ્ફેટ બ્રોન્ઝના તારવાળી શિથિલપણે વીંટાળેલી સ્પ્રિંગના છેડા સાથે જોડવામાં આવેલો હોય છે. ગૂંચળાની વચ્ચે તેને સ્પર્શે નહિ તે રીતે નરમ લોખંડનો નળાકાર અંતર્ભાગ (core) C, સમમિતીય (symmetrical) રહે તે રીતે ગોઠવવામાં આવેલો હોય છે. આ અંતર્ભાગ ચુંબકીય બળરેખાઓને સંકેન્દ્રિત કરી બે ધ્રુવો વચ્ચે ચુંબકીય ક્ષેત્રને પ્રબળ બનાવે છે. લટકાવેલી પટ્ટીના નીચેના ભાગે નાનો ગોળ અરીસો ચોંટાડેલો હોય છે. આ સમગ્ર રચનાને ધાતુના ખોખા(case))માં રાખવામાં આવે છે. આ કેસની આગળની બાજુએ કાચની બારી અને તળિયે સમતલન (levelling) સ્ક્રૂ રાખવામાં આવે છે. જે વિદ્યુતપ્રવાહ માપવાનો હોય તેને T₁ છેડા આગળથી દાખલ કરવામાં આવે છે, ત્યારબાદ આ પ્રવાહ લટકાવેલા ગૂંચળામાં થઈને પસાર થાય છે. તે પછી સ્પ્રિંગમાં થઈને અંતે તે બીજા છેડા T₂ આગળ થઈને બહાર નીકળે છે. આ રીતે વિદ્યુતપ્રવાહ છેડા T₁થી છેડા T₂ સુધી સફર કરે છે.

ગૂંચળાની ઉપર તથા નીચેની બાજુએથી વિરુદ્ધ દિશામાં પ્રવાહ પસાર થાય છે. તેવી રીતે ઊર્ધ્વ બાજુઓમાં થઈને પણ વિરુદ્ધ દિશામાં પ્રવાહ વહે છે. પરિણામે બળ પેદા થતાં કેન્દ્રમાં થઈને પસાર થતી ઊર્ધ્વ ધરીની આસપાસ બળની ચાકમાત્રા (couple) પેદા થાય છે. આથી ગૂંચળું ભ્રમણ કરે છે અને જ્યારે ભ્રમણને જવાબદાર ચાકમાત્રા (કપલ) અને લટકતા તારમાં પેદા થતું પુન:સ્થાપક કપલ સમાન થાય ત્યારે ગૂંચળું સ્થિર થાય છે. આ તંત્રથી એક મીટર દૂર સ્કેલ રાખેલો હોય છે. જેના ઉપરથી પ્રકાશ તાર ઉપર રાખેલા અરીસા વડે પરાવર્તન પામીને સ્કેલ ઉપર પાછો આવે છે, જે કોણીય આવર્તન દર્શાવે છે. જો B ચુંબકીય ક્ષેત્ર હોય, A ગૂંચળાનું ક્ષેત્રફળ હોય તથા આંટાની સંખ્યા N હોય તો ગૂંચળામાં વિદ્યુતપ્રવાહ i પસાર થતાં તેના ઉપર લાગતું ટૉર્ક = NiBA Sin θ થાય છે. જ્યાં θ, ગૂંચળાના સમતલને લંબ તથા ચુંબકીય ક્ષેત્ર B વચ્ચેનો કોણ છે.

ચુંબકના ધ્રુવો N તથા Sને નળાકાર રૂપે રાખીને તથા ગૂંચળાની વચ્ચે નરમ લોખંડનો નળાકાર રાખીને ચુંબકીય ક્ષેત્ર ને અરીય (radial) બનાવવામાં આવે છે. આ સ્થિતિમાં સમતલને લંબ તથા વચ્ચેનો કોણ θ = 90 થાય છે, આથી ગૂંચળા ઉપર લાગતું ટૉર્ક = NiBA Sin 90 = NiBA થાય છે.

જો સ્થિર કોણીય આવર્તન Φ હોય તો લટકાવેલા તારમાં પેદા થતું પુન:સ્થાપક કપલ CΦ સરખાં થાય છે. જ્યાં C નિલંબનનો મરોડ (ટૉર્સનલ) અચળાંક છે.

આથી સમતોલ સ્થિતિમાં = NiBA = CΦ થશે.

   

             = k Φ જ્યાં

          ઉપકરણનો અચળાંક છે.

આ રીતે, ગૅલ્વેનોમીટરમાં થઈને પસાર થતો વિદ્યુતપ્રવાહ અવર્તનને સમપ્રમાણમાં હોય છે.

હવે સવાલ એ છે કે અચળાંક k કેવી રીતે જાણવો ? તે માટે, ગૅલ્વેનોમીટરમાં જાણીતા મૂલ્યવાળો વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર કરીને કોણાવર્તનને નોંધી લેવાનું હોય છે. અહીં i અને Φ જાણવાથી k મળી રહે છે.

ચલિત ગૂંચળાવાળા ગૅલ્વેનોમીટરના ફાયદા :

(1) આ ગૅલ્વેનોમીટરને કોઈ પણ સ્થિતિમાં રાખી શકાય છે અને ચુંબકીય ધ્રુવવૃત્ત(meridian)માં ગોઠવવાની જરૂર નથી.

(2) ગૂંચળાને પ્રબળ ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં રાખતા તેના ઉપર પૃથ્વીના ચુંબકીય ક્ષેત્રની અસર થતી નથી, જેથી કરીને તેને કોઈ પણ સ્થાને કાયમને માટે ગોઠવી શકાય છે.

(3) ગૂંચળાનું આવર્તન વિદ્યુતપ્રવાહને સમપ્રમાણમાં હોય છે. આથી એકસરખી રીતે વિભાજિત કરેલ સ્કેલનો ઉપયોગ કરીને વિદ્યુતપ્રવાહ માપી શકાય છે.

(4) ચોકસાઈનો ભોગ લીધા સિવાય ગૅલ્વેનોમીટરને ખૂબ જ સંવેદનશીલ બનાવી શકાય છે.

(5) ગૂંચળું આવર્તન પામતાં ધાત્વિક ફ્રેમમાં અનિયમિત (eddy) પ્રવાહ પેદા થાય છે. આ પ્રવાહની દિશા ગૂંચળાના આવર્તનનો વિરોધ કરે છે. આથી ગૅલ્વેનોમીટરનું ગૂંચળું સત્વરે સ્થિર થવા જાય છે. આ સ્થિતિમાં ગૅલ્વેનોમીટરને મૃતસ્પંદ (dead beat) કહેવામાં આવે છે. આથી અધાત્વિક ચોકઠા ઉપર વીંટાળીને ગૂંચળું બનાવતાં તેને પ્રક્ષેપ ધારામાપક (ballistic galvanometer) બનાવી શકાય છે.

પ્રવાહ–સંવેદિતા : ચલિત ગૂંચળાવાળા ગૅલ્વેનોમીટરની પ્રવાહ-સંવેદિતા એટલે તેમાં થઈને એક માઇક્રોએમ્પિયર (106 એમ્પિયર) પ્રવાહ પસાર કરતાં એક મીટર દૂર રાખેલા સ્કેલ ઉપર મળતું મિલિમીટરમાં આવર્તન.

ધારો કે સ્કેલને ગૅલ્વેનોમીટરના અરીસાથી D અંતરે રાખેલ છે. પ્રવાહ પસાર થતાં ગૂંચળું અને પરિણામે અરીસો Φ જેટલું આવર્તન કરે છે, જેથી પરાવર્તિત કિરણ 2Φ ત્યારે પ્રકાશનું ટપકું સ્કેલ ઉપર d અંતરે જાય છે. જો 2Φનું મૂલ્ય નાનું હોય તો

     થાય છે.

 થશે.

પ્રવાહ થાય છે.

અહીં D = 1 મીટર અને d = 1 મિમી. = 10^–3 મીટર છે.

આથી, એમ્પિયર

માઇક્રોએમ્પિયર

‍∴ પ્રવાહ સંવેદિતા

 મિમી./માઇક્રોએમ્પિયર

પ્રવાહ સંવેદિતાના વ્યુત્ક્રમ(reverse)ને દક્ષતાંક (Figure of Merit) કહે છે.

(1) ગૂંચળાના આંટાની સંખ્યા N

(2) ગૂંચળાનું ક્ષેત્રફળ A

(3) ચુંબકીય ક્ષેત્ર B વધારવાથી પ્રવાહ-સંવેદિતા વધે છે. આ સાથે ટૉર્સનલ અચળાંકનું મૂલ્ય ઘટાડીને પ્રવાહ સંવેદિતા વધારી શકાય છે. આ ગૅલ્વેનોમીટર સૂક્ષ્મ વિદ્યુતપ્રવાહ માપવા ઉપયોગ લેવાય છે.

શીતલ આનંદ પટેલ