Обоснование метода

П ростым методом измерения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли является метод, основанный на измерении величины магнитного поля катушки с током В_к и угла поворота магнитной стрелки под действием на нее двух полей В_г и В_к. Действительно, если в центре катушки из нескольких витков радиуса r, расположенных вертикально в плоскости магнитного меридиана, поместить магнитную стрелку, то она также расположится по магнитному меридиану. Если по катушке пропустить ток I, то в ней возникнет магнитное поле В_к, направленное перпендикулярно к плоскости катушки и, следовательно, к В_г (рис.3). Под действием этих двух полей стрелка установится но направлению равнодействующей индукции В_р. На рисунке 3 NS - направление магнитного меридиана Земли, а и с - сечения витка катушки горизонтальной плоскостью. В точке а ток идет "на нас" и направление В_к катушки определено по правилу буравчика. Из рисунка 3 видно, что

. (1)

Индукция магнитного поля в центре кругового контура с током рассчитывается по формуле, полученной на основе закона Био-Савара-Лапласа:

(2)

где n - число витков катушки,

r - радиус катушки.

Из формул (1) и (2) следует, что

(3)

Таким образом, измеряя угол поворота стрелки и ток в контуре, можно рассчитать горизонтальную составляющую магнитного поля Земли.

Описание установки

У становка для выполнения данной работы смонтирована на основе схемы изображенной на рис.3 в виде стенда (рис. 4). Стенд включает в себя тангенс-гальванометр 1, миллиамперметр 2, ручку потенциометра 3, переключатель полярности 4. Источник питания 5 смонтирован внутри стенда.

Тангенс-гальванометр 1 состоит из плоской вертикальной катушки, в центре которой строго горизонтально установлена буссоль, имеющая магнитную стрелку и лимб (круглая шкала, разбитая делениями на 360°). В плоскости, перпендикулярной плоскости катушки, с одной стороны буссоли имеется призма полного отражения и лупа для наблюдения делений лимба. На диаметрально противоположной стороне укреплена стойка с тонкой нитью, которая также видна через окуляр - лупу. Отсчет по прибору - это деление лимба, которое совпадает в окуляре с нитью.

Порядок выполнения работы

1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений:

Таблица 1

№ опыта	φ,˚	I1, А	I2, А	Iср, A	Вг, Тл	ΔВг, Тл	ЕВг, %
1	45
2	30
3	60
Ср.	-----	------	------	------

2. Поворачивая подставку тангенс – гальванометра 1, установите витки его катушки в плоскости магнитного меридиана (визирная нить буссоли должна совпадать с делением 270°). Следует иметь в виду, что в железобетонном здании магнитное поле Земли сильно искажено и поэтому его величина и направление магнитного меридиана могут несколько отличаться от их действительного значения и направления.

3. Установите ручку потенциометра 3 в крайнее левое положение.

4. Включите вилку питания установки в сеть и переведите тумблер выключения питания в положение «включено».

5. Переключателем 4 включите ток в катушке. Изменяя его величину потенциометром 3, добейтесь поворота стрелки на угол = 45°.

6. Запишите значение силы тока I₁, измеренное миллиамперметром 2 в таблицу 1.

7. Переключателем 4 установите другое направление тока в катушке и, изменяя его величину потенциометром 3, добейтесь отклонения стрелки на 45° в другую сторону.

8. Измерьте величину силы тока I₂ и значение занесите в таблицу 1.

9. Повторите опыт согласно п.п. 3-8 для = 30° и = 60°.