Описание установки. Установка представляет собой пластмассовое кольцо с намотанной на него проволокой (рис

Рис. 2. Электрическая схема установки

Установка представляет собой пластмассовое кольцо с намотанной на него проволокой (рис. 2). Кольцо располагается в вертикальной плоскости. В центре кольца на вертикальной оси (игле) вращается магнитная стрелка МС. Величина силы тока в проволоке регулируется с помощью реостата R, а контролируется миллиамперметром. Направление тока можно изменить на противоположное переключателем П.

Известно, что магнитная стрелка представляет собой магнитный диполь, и, имея возможность свободного вращения вокруг вертикальной оси (на игле), устанавливается вдоль направления результирующего поля. При отсутствии вблизи стрелки постоянных магнитов и токов она ориентируется вдоль горизонтальной составляющей магнитного поля Земли. Если через кольцевой контур, установленный в плоскости магнитного меридиана, пропускать электрический ток, то на магнитное поле Земли накладывается перпендикулярное ему поле , создаваемое этим током. Магнитная стрелка при этом установится по направлению результирующего вектора магнитной индукции Земли и кругового тока (рис. 3). Из рисунка 3 следует, что

Рис. 3. Положение магнитной стрелки в поле Земли (проекция на горизонтальную плоскость): 1 – в отсутствие электрического тока в контуре; 2 – после включения тока

(5).

где a – угол поворота стрелки после включения тока в контуре.

Внешнее поле создается круговым током I, имеющим N витков. Магнитная стрелка размещается в центре кольца. Численное значение В в центре кольца определяется из соотношения

(6),

где R – радиус кольца, m₀ – магнитная постоянная, а m – относительная магнитная проницаемость среды, в которой определяется В. Подставляя (6) в (5), получим, что горизонтальная составляющая равна

(7).

Все величины, входящие в соотношение (7), поддаются измерению. Следовательно, оказывается возможным определить величину горизонтальной составляющей магнитного поля. Соотношение (7) можно представить в виде:

(8),

где (9).

Если значение B ₀ известно, то C =const и описанная выше схема оказывается применимой для нахождения тока. Устройство, работающее по описанному выше принципу, называют тангенс-гальванометром, так как тангенс угла отклонения магнитной стрелки оказывается пропорциональным силе тока, протекающей по обмотке провода. Величина С называется постоянной тангенс-гальванометра.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И ЗАДАНИЯ

1. Расположить плоскость кольца в плоскости магнитного меридиана. Для этого магнитную стрелку поместить в центр кольца и при отключенном токе ориентировать плоскость кольца вдоль стрелки.

2. Включить установку в сеть и установить максимально возможный ток в обмотке.

3. Измерить углы отклонения a₁ и a₂ магнитной стрелки от первоначального положения при прямом и обратном токе и найти среднее значение угла: . Значения силы тока I, углов a₁, a₂, a_ср занести в таблицу.

Таблица

№ изм.	I, А	a₁, град	a₂, град	a _ср, град	tg a _ср	В ₀, Тл	D В ₀, Тл	С, А










Данные установки: N =, R = м.	В_{о ср} =	С_ср =

4. Повторить измерения предыдущего пункта 8 – 10 раз при различных значениях тока I, уменьшая его через равные промежутки от максимального значения до нуля.

5. Рассчитать горизонтальную составляющую магнитного поля Земли В ₀ и постоянную прибора С по формулам (7) и (9) при различных значениях тока. Найти средние значения этих величин.

6. Рассчитать погрешность D В ₀, учитывая влияние только случайных факторов.

7. Построить график зависимости I=f (tg a ).

8. Сделать соответствующие выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое магнитное поле? Чем оно может быть создано?

2. В чем состоит физический смысл магнитной индукции? Единицы ее измерения.

3. Какое поле называется однородным магнитным полем?

4. Сформулировать принцип суперпозиции магнитных полей.

5. Получить зависимость магнитной индукции кругового тока на оси кольца от величины тока, пользуясь соотношением (3).

6. В соотношении (3) входит векторное произведение [ ]. Как определяется модуль и направление вектора, получающегося в результате векторного перемножения двух векторов.