Порядок выполнения работы

1. Собрать схему согласно рис. 5. Поворачивая подставку тангенс-гальванометра, установить витки катушки в плоскости магнитного меридиана. Включить ток в цепи и изменяя его величину реостатом или потенциометром на источнике, добиться поворота стрелки на φ₁ = 45⁰ и зафиксировать значение тока I₁ .

Переключателем П изменить направление тока в катушке, добиться отклонения стрелки на φ₂ = 45⁰ и снова зафиксировать значение тока I₂ . Взяв среднее значение токов I₁ и I₂ , вычислить по формуле (3) значение горизонтальной составляющей В_г .

2. Оценить, исходя из формулы (3), максимальную погрешность измерения , считая, что значение известно точно, абсолютная погрешность φ не превышает одного деления лимба, а относительную погрешность в измерении тока можно определить по классу точности миллиамперметра.

3. П оскольку катушку тангенс гальванометра трудно точно установить в направлении север – юг, можно производить измерения В_Г без предварительной ориентировки катушки. Фиксируя углы поворота стрелки φ₁ и φ₂ от начального положения для обоих направлений тока определенной величины в катушке. Из рис. 6 видно, что

где В_к1 и В_к2 – индукция поля катушки при различных направлениях тока в ней.

Решение этой системы имеет вид:

. (4)

Воспользовавшись формулой (4), определить значение В_Г без предварительной ориентировки катушки тангенс гальванометра. Измерения произвести при различных значениях тока в цепи катушки (для 3 – 4 значений) и по полученным значениям В_Г определить ее среднеарифметическую величину.

Определение электродинамической постоянной

Из рисунка 4 согласно материальному соотношению

следует правило сложения составляющих вектора магнитной напряженности (рис. 7).

Из рис. 7 следует равенство

Н_к = Н_г·tgφ (5)

По закону Био-Савара-Лапласа напряженность магнитного поля в центре катушки равна:

(6)

В этом равенстве n – число витков, r – радиус витка (в м), I_k – сила тока . Из уравнений (5) и (6) найдем величину тока, протекающего через витки:

, (7)

где . (8)

является постоянной прибора в данном месте земной поверхности.

Заметим, что если известно, то определение силы тока не основывается на сравнении с каким-либо эталоном тока или напряжения в системе СИ и, следовательно, является абсолютным, т.е. непосредственно связывает величину тока (в А) с основными единицами системы СГСЭ (г, см, с).

Если f раз в секунду последовательно заряжать конденсатор до напряжения U и разряжать его через витки тангенс-гальванометра (рис. 8), то через них протечет ток, в среднем равный

I_СГСЭ = СU f . (9)

Таким образом, измерение тока сводится к нахождению величин С и U, которые могут быть определены экспериментально в системе СГСЭ (т.е. абсолютно). Тогда электродинамическая постоянная , имеющая размерность скорости, найдется из соотношения

(10)

Выполнение работы

Для измерений можно воспользоваться схемой рис. 8, осуществляющей автоматическую перезарядку конденсатора. Величина f в этом случае равна частоте тока в сети.

1. Измерить U (в В) и затем перевести в единицы СГСЭ, воспользовавшись экспериментально определенным табличным значением переводного коэффициента. Далее, перевести значение емкости С (в Ф) в значение С в ед. СГСЭ.

2. По формуле (10) найти значение электродинамической постоянной.

3. Оценить ошибку определения электродинамической постоянной.