2 Описание установки и вывод расчетной формулы

Установка состоит из тангенс-гальванометра, амперметра, блока питания и реостата.

В настоящей работе измеряется горизонтальная составляющая вектора индукции магнитного поля с помощью тангенс-гальванометра. Тангенс-гальванометр состоит из кольца, укрепленного на подставке вертикально (рисунок 3). В желобе кольца помещены

Рисунок 3 Тангенс-гальванометр

витки катушки проводника, по которым можно пропустить электрический ток. В центре кольца расположен прибор, состоящий из корпуса со шкалой и магнитной стрелкой (компас), которая может вращаться вокруг вертикальной оси. Корпус со шкалой может поворачиваться относительно стрелки, что используется для совмещения нулевого значения шкалы со стрелкой.

При отсутствии тока в катушке магнитная стрелка всегда устанавливается вдоль магнитного меридиана Земли, при этом северный полюс магнитной стрелки направлен к южному магнитному полюсу Земли (к северному географическому полюсу). Поворотом подставки плоскость кольца можно совместить с осью, проходящей через концы магнитной стрелки. В этом случае магнитная стрелка и кольцо будут находиться в плоскости магнитного меридиана Земли.

Если по катушке пропустить постоянный ток, то стрелка повернется на некоторый угол  (рисунок 4). Этот поворот стрелки обусловлен магнитным полем кругового тока, протекающего по катушке. На магнитную стрелку в этом случае будут действовать два поля: магнитное поле Земли и магнитное поле, созданное током. Стрелка тангенс - гальванометра устанавливается по направлению результирующей двух векторов: вектора – горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля Земли и вектора – индукции магнитного поля кругового тока.

Рисунок 4 Сложение двух векторов и

Вектор лежит в плоскости катушки, а вектор ей перпендикулярен. Из рисунка 4 видно,

что

. (1)

Откуда

. (2)

Индукция магнитного поля в центре катушки равна

, (3)

где I – сила тока в катушке, n – число витков катушки, r – ее радиус,  – магнитная проницаемость среды (в данном случае для воздуха  = 1), ₀ - магнитная постоянная ).

Подставив выражение (3) в формулу (2), получим:

. (4)

Таким образом, если расположить кольцо тангенс–гальванометра в плоскости магнитного меридиана Земли, пропустить по его катушке электрический ток и измерить силу тока в катушке и угол отклонения магнитной стрелки, можно определить горизонтальную составляющую вектора индукции магнитного поля Земли.

3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов

3.1 При подготовке к лабораторной работе необходимо изучить и законспектировать следующие библиографические источники:

- для неинженерных специальностей /1/ С. 244 – 255;

- для инженерных специальностей /2/ С. 202 – 208, /3/ С. 134 – 142, С. 149 – 151.

3.2 Собрать электрическую схему установки согласно рисунку 5 и после ее проверки получить у преподавателя разрешение включить блок питания в сеть.

3.3 Начертить таблицу для записи результатов измерений.

Таблица 1 Результаты измерений и вычислений

№	Обозначения физических величин
	I, A	1	2		BГ, Тл	ВГ, Тл
1
2
3
4
5

n = ; r = м; r = м; I = A;  = .

3.4 Записать под таблицей численные значения числа витков n катушки, радиуса кольца r и абсолютных погрешностей измерения радиуса кольца Δr катушки тангенс – гальванометра, угла отклонения магнитной стрелки Δα (зависит от цены деления компаса) и погрешности амперметра ΔI.

Рисунок 5 Электрическая схема установки: ТГ – тангенс

гальванометр; П – переключатель; РА - амперметр;

R – реостат; БП - блок питания

Реостат и амперметр расположить как можно дальше от тангенс–гальванометра.

3.5 Медленно поворачивая площадку тангенс-гальванометра относительно вертикальной оси, совместить плоскость катушки с осью, проходящей через концы магнитной стрелки (при отсутствии тока в катушке), чтобы северный конец магнитной стрелки совпадал с нулем шкалы компаса.

3.6 Включить установку в электрическую цепь и установить переключатель в положение I.

3.7 C помощью реостата установить по амперметру ток 0,1 А.

3.8 После успокоения магнитной стрелки отсчитать угол отклонения, записать в таблицу значение силы тока и угла ₁.

3.9 Переключив переключатель в положение II, изменить направление тока в цепи на противоположное. По амперметру проверить величину тока, величина тока должна быть такой же, как и в первом положении ключа. Отсчитать угол отклонения ₂ магнитной стрелки в противоположном направлении и записать его в таблицу 1.

3.10 Вычислить среднее арифметическое значение угла отклонения .

3.11 Реостатом изменить силу тока в цепи (величину тока задаёт преподаватель) и повторить измерения, указанные в пунктах 3.7 … 3.9).

3.12 По измеренным значениям силы тока I и угла отклонения магнитной стрелки рассчитать для каждого опыта величину горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля Земли В_r по формуле (4).

3.13 Вычислить среднее арифметическое значение горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля Земли .

3.14 Вычислить инструментальную относительную ошибку  магнитной индукции по формуле (5)

, (5)

где ,  - класс точности амперметра.

Среднюю абсолютную ошибку _Г определить по формуле:

. (6)

3.15 Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1.

3.16 Окончательный результат записать в виде .