Упражнения
Необходимо проделать 2 варианта определения горизонтальной составляющей магнитного поля.
ПЕРВЫЙ ВАРИАНТ
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
-
Собрать электрическую цепь лабораторной установки по схеме (рис. 6.).
Рис. 6.
Источником напряжения служит выпрямитель «РСН-18». С помощью
переключателя «П-308» изменяют направление тока, текущего через тангенс-гальванометр .
Экспериментальная установка состоит из катушки большого радиуса (R=0,25 м), имеющей несколько отводов для подключения разного числа витков и укрепленной на подставке. В центре катушки при помощи пластилина крепится буссоль, в которой на вертикальной оси подвешена магнитная стрелка, на которую сверху наклеен легкий алюминиевый круг (лимб) с делениями так, что северный конец стрелки направлен в точку лимба, отмеченную буквой С. Стрелка с лимбом может свободно вращаться вокруг оси внутри коробки с прозрачной крышкой. С одной стороны коробки приклеена призма полного отражения и лупа, через которую можно наблюдать оцифровку лимба. На диаметрально противоположной стороне коробки укреплена стойка с тонкой нитью, которую видит наблюдатель через щель. Отсчет по прибору - это деление лимба, которое совпадает в окуляре (лупе) с нитью. Плоскость витков перпендикулярна поверхности Земли. Стрелка буссоли и, соответственно, лимб должны быть строго горизонтальными, чего добиваются правильным закреплением буссоли на подставке с помощью пластилина.
Существует серийно изготавливаемый прибор аналогичной конструкции, называемый тангенс-гальванометром. Он позволяет не только определять горизонтальную составляющую магнитного поля Земли, но и наоборот, по известной какой-либо независимо измеренной напряженности магнитного поля Земли определять напряженность магнитного поля, создаваемого витками с током, и по ней рассчитывать значение протекающего тока. При таких измерениях определение силы протекающего тока не основывается на сравнении с какими-либо эталонами тока или напряжения и является абсолютным, т.е. непосредственно связывает ток с основными единицами системы СГСМ.
-
Установить так, чтобы плоскость витков катушки совпадала с плоскостью магнитного меридиана, т.е. чтобы магнитная стрелка расположилась в плоскости витков катушки, указывая при этом на N и S.
-
Ручку регулятора напряжения-тока () расположенную на панели выпрямителя вывести в крайнее левое положение. Включить выпрямитель и поставить переключатель П-308 в положение I или II. Ручкой регулятора напряжение-ток установить ток в цепи . зафиксировать угол отклонения магнитной стрелки. Переключатель П-308 установить в другое положение и также зафиксировать угол отклонения стрелки. Это необходимо для нахождения среднеарифметического значения угла отклонения магнитной стрелки, т. к. всегда имеется неточность в установлении витков в плоскости магнитного меридиана.
-
Выполнить пункт 3 при значениях тока и .
-
Подключив к цепи 48, а в последующей серии измерений 94 витка, снова проделайте измерения по п.п. 3-4.
-
Результаты измерений занести в таблицу:
ФОРМА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ И РАСЧЕТОВ
№ |
n |
|
|
|
|
|
|
|||
1 |
24 |
0.005 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0,015 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2 |
48 |
0.005 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0,015 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
3 |
94 |
0.005 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0,015 |
|
|
|
|
|
|
|
|
При каждом значении тока определить горизонтальную составляющую магнитного поля Земли по формуле:
, (4)
т. к. в системе СИ коэффициент пропорциональности в формуле (2) равен .
-
Найти среднеарифметическое значение.
-
Вычислить погрешность вычисления при каждом значении тока:
, (5)
и затем среднее значение .
-
Записать окончательно результат работы в виде:
. (6)
ВТОРОЙ ВАРИАНТ
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
-
Соберите электрическую схему, включив в схему 24 витка.
-
До включения питания проверьте горизонтальность расположения буссоли и снимите контрольный отсчет исходного положения лимба (стрелки) буссоли относительно визирной нити с точностью отсчета (0,1 наименьшего деления шкалы).
-
Включите источник питания в сеть 220 В.
-
Включив ключ переключателя «П-308» в положение 1, подайте напряжение (наличие его в цепи можно обнаружить по отклонению стрелки милливольтметра) и с помощью ручки регулятора тока напряжения установите наименьший ток, значение которого может быть измерено с точностью не хуже 5% (с учетом класса точности милливольтметра). Ручка регулятора тока позволяет установить стрелку милливольтметра строго на целочисленное значение напряжения (при наблюдении шкалы милливольтметра глаз располагайте так, чтобы стрелка закрывало свое отражение в зеркале шкалы - этим устраняется ошибка, обусловленная параллаксом).
-
Поставьте ключ переключателя «П-308» в среднее положение, чтобы цепь была разорвана. Лимб буссоли начнет вращаться в исходное положение. Для устранения влияния трения в оси стрелки слегка постукивайте пальцами по основанию буссоли до тех пор, пока колебания лимба не затухнут. Такие постукивания нужны при каждом переходе лимба в новое равновесное положение. Снимите отсчет и занесите в таблицу.
-
Включите ключ переключателя «П-308» в 1-е положение и, постукивая по основанию буссоли, дождитесь затухания колебаний лимба, снимите отсчет нового положения лимба буссоли относительно визирной нити и занесите его в таблицу.
-
Снова разорвите цепь ключом переключателя «П-308» и снимите отсчет .
-
Перекиньте ключ переключателя «П-308» в положение 2 и снимите отсчет .
-
Проделайте измерения по п.п. 6-9 несколько раз при одной и той же силе тока в цепи. Рассчитайте среднее значение для установленной силы тока и границы доверительных интервалов (погрешности) . Число и качество проведенных измерений должны обеспечить .
-
Удвойте силу тока в цепи и проделайте измерения по п.п. 5-10. Утройте первоначальную силу тока и снова проделайте измерения по п.п.5-10.
-
Подключив к цепи 48, а в последующей серии измерений 94 витка, снова проделайте измерения по п.п. 4-11.
-
Полученные средние (для данного значения тока при одном и том же числе витков) значения используйте для расчета при каждом значении силы тока и для всех трех значений n (числа витков). Вычислите среднеарифметическое значение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли (7) и оцените погрешность (8).
ФОРМА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ И РАСЧЕТОВ
0 |
'1 |
0 |
'2 |
|
|
|
|
|
n = 24 I =
|
0 |
'1 |
0 |
'2 |
|
|
|
|
|
n=48 I =
|
0 |
'1 |
0 |
'2 |
|
|
|
|
|
n=96 I =
|