2. Магнітне поле колового витка зі струмом.

1820 р. Ж.-Б. Біó та Ф. Савар експериментально встановили, що кожен елемент провідника зі струмом створює магнітне поле напруженістю:

. (1)

Тут – векторний добуток елемента струму на вектор точки, в якій визначається магнітне поле, як показано на рис. 1. Напрям вектора можна визначити і за правилом правого ґвинта.

Для колового витка радіуса (див. рис. 2) відповідно до закону Біо-Савара-Лапласа напруженість у його центрі за принципом суперпозиції буде:

. (2)

Тут – діаметр витка. Якщо поле створюється плоскою котушкою з однакових витків, його напруженість буде в разів більшою:

. (3)

3. Танґенс-ґальванометр.

Танґенс-ґальванометр – це плоска вертикальна котушка провідника зі струмом, у центрі якої знаходиться компас. Котушку розміщують у площині магнітного меридіану, тому створене нею поле перпендикулярне до поля Землі. За принципом суперпозиції результуюче поле буде векторною сумою двох полів – Землі та котушки. Стрілка компасу, яка здатна обертатись у горизонтальній площині, встановиться вздовж напряму горизонтальної складової результуючого поля , як показано на рис. 3. Кут відхилення стрілки компаса від магнітного меридіану можна визначити зі співвідношення:

. (4)

Зважаючи на залежність (3), вираз (4) набуде вигляду:

. (5)

Із (5) видно, що пропорційний струму через котушку, тому, знаючи кут та величину магнітного поля Землі, можна визначити струм:

. (6)

Саме через це даний прилад і називають танґенс-ґальванометром. Відповідно до (5) та (6) отримуємо формулу для визначення горизонтальної складової напруженості магнітного поля Землі:

. (7)

Величина практично незмінна для даної місцевості та геометричних характеристик котушки. Сталу танґенс-ґальванометра знаходитимемо експериментально відповідно до (6):

. (8)

Порядок виконання роботи

1. Повертаючи котушку К танґенс-ґальванометра, за компасом сумістити її з площиною магнітного меридіану.

2. Зібрати електричне коло за наведеною на рис. 4 схемою, увімкнувши задане викладачем число витків танґенс-ґальванометра

3. Замкнувши перемикач П, підібрати реостатом струм так, щоб стрілка компаса встановилась на заданий викладачем кут . Записати значення струму .

4. Перемикачем змінити напрям струму на протилежний і реостатом підібрати таке його значення , щоб стрілка компаса відхилилась на кут .

5. Обчислити середнє значення струму і за формулами (8) та (7) визначити сталу танґенс-ґальванометра та горизонтальну складову геомагнітного поля.

6. Аналогічні вимірювання та обчислення зробити для кутів і . Дані вимірювань та обчислень занести до табл. 1.

7. Обчислити похибку вимірювання горизонтальної складової геомагнітного поля Землі за формулою (тут кут у ґрадусах):

. (9)

Табл. 1.

N п/п
1.
2.
3.

8. Обчислити середнє значення і подати результат вимірювань та обчислень у вигляді довірчого інтервалу:

(10)