Описание оборудования и методики эксперимента

Работа выполняется на измерительной установке (рис. 10.1), в которой ток соленоида I изменяют по величине переключателем П, а по напра­влению — тумблером Т. Ток измеряют микроамперметром А с шунто- вым резистором, благодаря которому предел измерения микроамперметра 100 мкА соответствует току в соленоиде 2 А.

Рис. 10.1. Схема установки для определения горизонтальной составляющей

магнитного поля земли и магнитного момента постоянного магнита

Вектор магнитной индукции на оси соленоида можно рассматривать как суперпозицию векторов магнитной индукции, создаваемой отдельны­ми витками:

, (10.1)

где ₀ = 410^7 Гн/м – магнитная постоянная;  = 1 – магнитная проницаемость воздуха, R – радиус витка соленоида, r_i – расстояние от i - го витка до точки, где определяется вектор В_с.

Приближенно при r_i  R, вместо r_i можно взять их среднее значение, равное расстоянию до центра соленоида – r.

Тогда

, (10.2)

где Р_с = I∙S∙N – магнитный момент соленоида, S = ∙R² – площадь одного витка соленоида.

Для определения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли В_з.гор расположим соленоид так, чтобы его ось и центр компаса находились на одной линии, перпендикулярной магнитному меридиану (вектору B_з.гор), направление которого показывает стрелка компаса.

Если через соленоид пропустить ток I, то магнитное поле соленоида В_с в центре компаса будет перпендикулярно полю Земли В_з.гор. Суперпозиция полей дает вектор результирующего магнитного поля В. Соот­ветственно стрелка компаса отклонится на угол  от магнитного меридиана и покажет направление вектора В. Из векторной диаграммы (см. рис. 10.1) следует, что

(10.3)

Таким образом, рассчитав В_с в центре компаса, можно использовать (10.3) для определения B_з.гор. Если величина B_з.гор известна, то, заменив соленоид постоянным стержневым магнитом, с помощью (10.3) можно определить поле магнита В_м в центре компаса. Затем, используя (10.2), можно рассчитать магнитный момент постоянного магнита Р_м.

10.3. Рабочее задание Измерение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли

Подключите соленоид к клеммам питания 1-2 (см. рис. 10.1) и расположите его ось перпендикулярно магнитному меридиану (по компасу) так, чтобы центр компаса находился на оси соленоида на расстоянии r  10 – 20 см от его центра, и запишите значение r в табл. 10.1.

Включите питание установки и, задавая переключателем П величину тока, а тумблером Т его полярность, измерьте и запишите в табл. 10.1 значения тока и соответствующие отклонения стрелки компаса .

Вычислите для каждого значения тока , Р_с и В_с в центре компаса и соответствующие В_з.гор. Найдите среднее В_з.гор. Полученные результаты запишите в табл. 10.1.

Определение магнитного момента стержневого магнита

При выключенном питании схемы положите вместо соленоида стержневой магнит на таком расстоянии, чтобы стрелка компаса отклонилась на угол около 45° , и запишите в табл. 10.1 расстояние r и отклонения стрелки компаса  при двух полярностях магнита.

Вычислите по формуле (10.3) поле магнита В_м в центре компаса и магнитный момент магнита Р_м. Результаты запишите в табл. 10.1.

Таблица 10.1

Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли

I	r	+			Р	Bc	tg	Вз.г	Вз.г
I1
I2
…
In
Магнит