Hidrológiai Közlöny 1957 (37. évfolyam)

4. szám - Molnár Lajos: Folyadékáramlások törvényszerűségeinek meghatározása elektromos analógia segítségével

Molnár L.: Kisminta elektromos analógia segítségével Hidrológiai Közlöny 37. évf. 1957. 4. sz. 309 módszert használnak, amely a Wheatstone-híd elvén alapszik. Az elektrotechnikából ismeretes, hogy ha négy ellenállást a 2. ábra szerinti módon négyszögbe kapcsolunk és a négyszög a, b pontjánál elektromos áramot vezetünk a rendszerbe, akkor a c, d pontok között zérus lesz a feszültségkülönbség (a G galvanométeren át nem folyik áram, zérust mutat), ha az ellenállások aránya : fij R4 = i?2 R^i illetőleg «1 _ Ä, ß

2 /?4 Ezt a kapcsolást Wheatstone-hídnak nevezik és az elektromos méréstechnika egyik legfontosabb segédeszköze. Ezt a kapcsolást használjuk fel az elektromos modellben az ekvipotenciál Puc. 2. CxeMa coeduiienua Mocma Bumcmona Abb. 2. Schaltschema einer Wheats/oneDrücke Ohm törvénye értelmében a feszültségkülönbség arányos a két pont közötti elektromos ellenállással : V = ÍR Tehát, ha megrajzoljuk valamelyik elektromos modellben az azonos elektromos ellenállású helyeket összekötő görbéket, azok Ohm törvénye szerint megfelelnek az ekvipotenciálgörbéknek. Az azonos ellenállású görbéket viszont a Wheatstone-híd segítségével egyszerűen megszerkeszthetjük a 3. ábra szerinti kapcsolás alapján, amelyet fémfóliás vagy áramvezető papiros modell esetén alkalmaznak. Az fi

1

(/fi

2 ellenállásarány a C érintkező elmozdításával tetszőleges értékre állítható. A tapogató tűt (d pont) addig mozgatjuk a lemezen, amíg a lemezen kialakult fi

3/fi| ellenállás arány (az ábrán szaggatva bejelölve) meg nem egyezik a beállított R\fR

2 aránnyal, amelyet a G galvanométer 0 állása jelez. Az R^jRo ellenállásarányt konstans értéken tartva megrajzolható a lemezen azoknak a pontoknak a sorozata, amelyekben a lemezen létrejövő, a felvíz felé eső fi

3 és az alvíz felé eső fi., ellenállások aránya állandó és megegyezik az Ri/Rz ellenállásaránnyal. :!. ábra. Elektromos modell kapcsolási vázlata Puc. 3. CxeMa coedunenuH 3/ieKmputecKoü ModeAU Abb. 3. Schaltschema eines elektrodynamischen Modells A kapott pontokat összekötve az R

l/R

1 ellenállásaránynak megfelelő százalékos ekvipotenciál görbét kapjuk. Az fi,/fi

2 ellenállásarányokat megfelelő lépcsőben változtatva megrajzolható az ekvipotenciál-görbék sorozata. Az elektrolitikus modelleknél ugyanezt a rendszert alkalmazzák, azzal a különbséggel, hogy az U egyenáramú áramforrás helyett váltóáramot, G galvanométer helyett egyszerűbb berendezésekben fejhallgatót, modernebb és pontosabb készülékekben elektroncsöves erősítőt és varázsszemes indikátort használnak. A tapogatótűnek az elekt rolitban történő elmozdításakor az ekvipotenciálgörbe pontjain a fejhallgatóban hallható búgásban minimumot észlelünk, varázsszemes készülék alkalmazása esetén pedig a varázsszem szétnyílik. A Wheatstone híd alkalmazása az észlelést rendkívül egyszerűvé és pontossá tette. A Wheatstone híd ugyanis az elektrotechnika legpontosabb mérési módszereinek egyike. A Mélyépítési Tervező Vállalai geoelekl romos laboratóriumában főleg elektrolitos modellt alkalmazunk. A síkáramlási problémák megoldására szolgáló modellt egy 5 cm vastag 100X150 cm alapterületű márványlapra helyezett csiszolt tükörüveglapon készítjük el. A márványlap vasvázon nyugszik és csavarok segítségével szintezőműszerrel nagy pontossággal vízszintesre állítható. Az üveglemez és a márványlap közé milliméter papírt helyeztünk, amelyen az észlelt pontok koordinátái leolvashatók. Újabban pantográfot szereltünk a modell fölé, amely az észlelések rögzítését nagymértékben meggyorsítja. Az ekvipotenciál görbék kitapogatására szolgáló tű vékony üvegcsőbe forrasztott vörösrézdrót. A jelzést varázsszem végzi, amely előtt két fokozatú rádiócsöves erősítőt alkalmaztunk. A felvíz és az alvíz felől hangfrekvenciás áramot adagolunk be, amelyet elektronikus generátor állít elő. A 100x 150 cm területet teljesen kihasználó modell esetén a műtárgy közelében a tapogatónak az ekvipotenciálgörbétől történő 1 mm-es elmozdulását a műszer már jól észrevehetően jelzi (4. ábra). A külföldi kutatók az újabb készülékek tervezésénél arra törekszenek, hogy a mérési időt