Zum Nachweis sehr kleiner elektrischer Ströme kann man ein sogenanntes Drehspiegelgalvanometer verwenden. Es besteht aus einer an dünnen Drähten aufgehängten Spule, die sich zwischen den Polen eines Hufeisenmagneten befindet. Wird die Spule von einem kleinen Gleichstrom durchflossen, so dreht sich die Spule und verdrillt die Drähte.
Um auch kleine Verdrillungen des Drahtes nachweisen zu können, ist an diesem ein kleiner Spiegel befestigt, der sich bei Stromfluss dann auch geringfügig dreht. Die Drehung des Spiegels kann mit Hilfe eines von der Lampe ausgehenden Lichtstrahles gezeigt werden.
Um welchen Winkel wird der reflektierte Lichtstrahl gedreht, wenn sich der Spiegel um den Winkel \(\alpha\) dreht? Entwirf dazu eine geeignete Skizze mit deren Hilfe du deine Antwort begründen kannst.
Im unteren Bild siehst du die technische Ausführung eines Spiegelgalvanometers. Spiegel und Draht befinden sich in dem zylindrischen Gehäuse.
Abb. 3
Veränderung des Strahlengangs in einem Spiegelgalvanometer bei Veränderung der Spiegelposition
Die Animation in Abb. 3 zeigt die Veränderung des Strahlengangs des Lichts bei Veränderung der Spiegelposition.
Der Einfallswinkel in Bezug auf Spiegel 1 sei \(\epsilon\). Dann ist aufgrund des Reflexionsgesetzes der Winkel zwischen dem reflektierten Strahl (blau) und Lot 1 auch \(\epsilon\).
Dreht sich der Spiegel um den Winkel \(\alpha\), so dreht sich auch das Lot um den Winkel \(\alpha\).
Somit ist der neue Einfallswinkel \(\epsilon -\alpha\) und der Winkel zwischen Lot 2 und reflektiertem Strahl (rot) nach dem Reflexionsgesetz auch \(\epsilon -\alpha\).
Der Winkel zwischen dem ersten reflektierten Strahl (blau) und dem zweiten reflektierten Strahl (rot) ist somit \[\Delta=2\cdot \epsilon-2\cdot\left(\epsilon - \alpha \right)=2\cdot \alpha\]
Fazit: Dreht sich der Spiegel um den Winkel \(\alpha\), so dreht sich der reflektierte Strahl um den Winkel \(2\cdot \alpha\). Die Empfindlichkeit für den Nachweis des Drehwinkels der Spule wird also verdoppelt.
