Описание экспериментальной установки

Определение горизонтальной составляющей вектора напряженности магнитного поля Земли в данной работе производится с помощью прибора, называемого тангенс-буссолью. Буссоль состоит из нескольких вертикально расположенных круговых витков, по которым пропускается электрический ток. В их центре установлена магнитная стрелка, способная вращаться вокруг вертикальной оси, с угломерной шкалой. Стрелка должна иметь малые размеры по сравнению с диаметром витков с тем, чтобы магнитное поле, создаваемое круговыми токами в пределах стрелки, можно было считать однородным.

Известно (см., например, [1-7]), что при прохождении электрического тока I по виткам короткой катушки модуль вектора напряженности магнитного поля в центре витков дается формулой

(1)

Здесь N - число витков в катушке, R – радиус, D – диаметр витков.

Если витки катушки установить в плоскости магнитного меридиана, то на магнитную стрелку будут действовать два взаимно перпендикулярных поля: магнитное поле круговых токов и магнитное поле Земли, напряженностью H. Стрелка установится в направлении вектора напряженности результирующего поля (под небольшим углом – углом наклонения - к горизонтали!). При этом относительно плоскости магнитного меридиана магнитная стрелка будет повернута на уголφ, тангенс которого определяется отношением горизонтальной составляющей напряженности земного магнитного поля H_г и напряженности H₀ магнитного поля круговых токов:

(2)

Измерив угол φ и силу тока в витках катушки, можно определить H_г:

(3)

Электрическая схема экспериментальной установки показана на рис. 1.

Рис. 1

Источником постоянного тока в ней является выпрямитель УНИП-7А. Сила тока, текущего через витки катушки, регулируется реостатом и измеряется с помощью миллиамперметра. Переключатель П служит для изменения направления тока в витках катушки.

Измерения и обработка результатов

Соберите электрическую цепь по схеме, приведенной на рис.1. Расположите витки тангенс-буссоли в плоскости магнитного меридиана. Поворотом лимба буссоли добейтесь того, чтобы при отсутствии тока в витках оба конца магнитной стрелки располагались против нулевых делений угловой шкалы.

Замкните переключатель П и с помощью реостата установите в витках катушки такой ток I, при котором угол φ₁ отклонения стрелки буссоли составляет около 10^о. Затем измерьте угол φ₂ отклонения стрелки при другом направлении тока. Найдите среднее значение угла отклонения. По формуле (3) вычислите значение горизонтальной составляющей напряженности геомагнитного поля H_г. (Значения параметров N и D = 2R указаны на установке).

Аналогичные измерения и вычисления выполните при углах отклонения стрелки, равных 20, 30, … 60^о. Найдите среднее значение . Вычислите среднеквадратичную ошибку измерения (ΔH_г), используя формулу

Здесь индекс i соответствует номеру измерения, а n – общее число измерений.

Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу:

Таблица

№	D	I	φ1	φ2	φ	tg φ	Hг.		ΔHг