- •Теоретическая часть
- •2. Метод тангенс-гальванометра. Если магнитная стрелка может вращаться лишь вокруг вертикальной оси, то она будет устанавливаться под действием горизонтальной составляющей магнитного поля Земли
- •3. Закон Био-Савара-Лапласа. Закон позволяет определять индукцию магнитного поля, созданного элементом, проводника с током. В системе си закон записывается так:
- •Экспериментальная часть
3. Закон Био-Савара-Лапласа. Закон позволяет определять индукцию магнитного поля, созданного элементом, проводника с током. В системе си закон записывается так:
, (4)
^•ъ.
где - вектор магнитной индукции в некоторой точке поля; - вектор, численно равный длине элемента проводника, совпадает по направлению с током; - радиус-вектор, проведенный из элемента проводника в рассматриваемую точку поля; r - модуль радиуса-вектора; - магнитная постоянная; - магнитная проницаемость среды.
Из уравнения (4) следует, что вектор магнитной индукции в точке
Зная, что модуль векторного произведения равен найдем численное значение вектора магнитной индукции
.
С помощью закона Био-Савара-Лапласа можно вычислить индукцию и на-пряженность в любой точке магнитного поля, создаваемого электрическим током. В основе этих расчетов лежит принцип суперпозиции магнитных полей, т.е. принцип независимого действия полей, который применительно к магнитному полю сводится к следующему: индукция в каждой точке магнитного поля любого проводника с током представляет собой векторную сумму индукций магнитных полей, создаваемых каждым элементарным участком этого проводника.
4. Магнитное поле кругового тока. Основываясь на законе Био-Савара-Лапласа, найдем индукцию и напряженность магнитного поля в центре 0 кругового витка радиусом R, по которому течет ток I (рис.5). Выделим элемент проводника длиной . Согласно закону Био-Савара-Лапласа магнитная индукция поля, создаваемого элементом в точке 0, будет равна
.
В рассматриваемом случае радиус-вектор перпендикулярен к элементу тока и по абсолютной величине равен радиусу витка R, т.е.
(5)
Все векторы магнитных полей, создаваемых в точке 0 различными участками кругового витка с током направлены перпендикулярно к плоскости чертежа "от нас". Следовательно, вектор индукции суммарного поля , создаваемого всеми элементами вятка, будет направлен так же. Для нахождения численного значения вектора нужно просуммировать значения (5) по всей длине проводника, т.е. взять интеграл
Зная, что напряженность магнитного поля связана с индукцией соотношением
найдем напряженность магнитного поля в центре кругового тока
Если вместо одного витка с током взять N витков достаточно большого радиуса, то напряженность будет в N раз больше, т.е.
.
Экспериментальная часть
Описание установки. Тангенс-гальванометр представляет собой катушку. состоящую из N витков проводника, намотанного на узкое кольцо из немагнитного материала радиусом R . Катушка укреплена на треножной подставке, на ней же крепится вращающийся столик с градусной шкалой и магнитной стрелкой. Шкала и стрелка находятся под стеклянным колпаком, чтобы устранить влияние воздушных течений на магнитную стрелку. Стеклянный колпак в процессе работа не снимать!
2. При разомкнутой цепи (ручка переключателя П при этой должна быть в вертикальном положении) поворачивают тангенс-гальванометр вместе с подставкой так, чтобы плоскость витков тангенс-гальванометра стала параллельна магнитной стрелке. Затем поворотом столика добиваются совпадения концов стрелки с нулевыми делениями шкалы.
3. Переключатель П замыкают на клеммы 5 и 6 и потенциометром R устанавливают значение силы тока 30 мА , магнитная стрелка при этом отклоняется. После того, как стрелка перестанет колебаться, фиксируют величину угла поворота .
4. Изменяют направление тока на противоположное. Для этого переключатель П ставят в положение 3-4 при том же значении силы тока. Вновь определяют угол отклонения стрелки .
Примечание. Надо следить за тем, чтобы показание миллиамперметра при изменении направления тока оставалось неизменным. Находят
среднее значение угла .
5. Оставив переключатель П в положении 3-4, увеличивают силу тока на 15 мА и измеряют угол отклонения стрелки , затем переводят переключатель в положение 5-6 и измеряют угол . Измерения (пп.3,4,5) повторяют при других значениях тока. указанных в таблице результатов измерений.
Таблица результатов измерений
№ п/п |
I (мА) |
(град) |
, (град) |
(град)
|
|
Н0 (А/м) |
Носр. (А/м) |
Нт (А/м) |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|||
3 |
|
|
|
|
|
|
|||
4 |
|
|
|
|
|
|
|||
5 |
|
|
|
|
|
|
6. Вычисляют Н0 для всех значений токов по формуле
А/м
где для данной установки N =45 витков, R = 0.18 м.
7. Вычисляют относительную ошибку измерений по формуле
где - теоретическое значение напряженности. =0,2 эрстед (I эрстед = 79,6 А/м).
По окончании измерений источник тока отсоединить!
Контрольные вопросы
1. Элементы земного магнетизма.
2. Закон Био-Савара-Лапласа.
3. Вывод формулы для вычисления напряженности магнитного поля в центре кругового тока.
4. Описать установку и объяснить методику определения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.
Список литературы
1. Д е т л а ф А. А... Яворский Б.М. 10грс физики, т.2. М.: Высшая школа, 1977.
2. С а в е л ь е в И. В. Курс общей физики, т.2. М: Наука. 1978.
3. К о р т н е в А. В. Практикум по физике. М.: Высшая школа, 1965.
4. М а й с о в а Н. Н. Практикум по курсу общей физики. М.:
Высшая школа. 1970.