Методика измерений и описание прибора

Рис. 1

Прямой и наиболее простой способ измерения магнитного поля – сравнение его с известным полем. Поле для сравнения в данной работе создаётся катушкой из нескольких витков медной проволоки. Ток, текущий по виткам катушки, порождает магнитное поле, которое в центре катушки направлено вдоль оси этой катушки. Если радиус катушки равен R, число витков в ней N, а ток I,то индукция В_к магнитного поля в центре катушки определяется следующим выражением:

(1)

Расположим катушку так, чтобы силовые линии искомого магнитного поля были параллельны плоскости катушки. Пусть ток, текущий по виткам катушки создаёт магнитное поле с индукцией В_к. Тогда силовые линии результирующего магнитного поля будут направлены под некоторым углом a к плоскости катушки, тангенс которого определяется отношением величин полей катушки В_к и искомого магнитного поля В_х:

(2)

Измерив a и зная поле катушки, находят В_х:

(3)

В данной работе определение магнитного поля производится при помощи прибора, называемого тангенс-гальванометром. Тангенс-гальванометр представляет собой катушку из нескольких витков медной проволоки, в центре которой расположена магнитная стрелка и круговая шкала с градусными делениями. Катушку располагают так, чтобы искомое магнитное поле было параллельно плоскости витков катушки. В этом случае стрелка также расположится параллельно этой плоскости. Если теперь в катушке включить ток, то к искомому полю В_х добавится поле катушки В_к, направленное перпендикулярно плоскости витков катушки. Поскольку направление магнитной стрелки всегда совпадает с направлением вектора индукции магнитного поля, то стрелка повернётся относительно своего первоначального направления и расположится вдоль направления результирующего магнитного поля, равного сумме полей В_х и В_к (Рис. 2). Измерив величину этого угла, и зная поле катушки, можно по (1) – (3) найти и поле В_х.

Рис. 2

Таким методом можно найти магнитное поле Земли (точнее говоря, составляющей этого поля параллельной поверхности Земли). При измерении магнитного поля Земли необходимо иметь в виду, что поле это очень слабое и поэтому ток в катушке тангенс–гальванометра тоже должен быть слабым. Кроме того, на величину и направление магнитного поля в помещении влияют различные стальные конструкции и элементы здания, в котором расположено это помещение. Так перекрытия зданий обычно выполнены из железобетона, потолочные балки обычно бывают металлическими; всё это приводит к весьма заметным искажениям локального магнитного поля.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Соберите схему согласно рис. 3 На схеме использованы обозначения:

Рис. 3

ТГ – тангенс-гальванометр Е – источник постоянного тока А – миллиамперметр R – реостат К1– однополюсный ключ К2 – переключатель направления тока (укреплён на подставке для тангенс– гальванометра)