Обоснование метода измерения:

В данной работе для измерения горизонтальной составляющей В_3Г индукции магнитного поля Земли используется тангенс-гальванометр.

Тангенс-гальванометр представляет собой катушку с определенным числом витков, плоскость которых располагается вертикально (рис. 7а).

Радиус этой катушки гораздо больше ее толщины. В центре расположенкомпас, магнитная стрелка которого может вращаться вокруг вертикальной оси. Если размеры магнитной стрелки малы по сравнению с диаметром витка катушки, то можно считать, что она целиком расположена в центре витков катушки, т.е. окружающее ее магнитное поле катушки практически однородно.

Рис. 6.

При отсутствии тока в катушке на магнитную стрелку воздействует только магнитное поле Земли. При этом магнитная стрелка располагается в плоскости магнитного меридиана, и поскольку вращается вокруг вертикальной оси, то ориентируется в данном месте Земли под действием только горизонтальной составляющей В_3Г земного магнитного поля.

Если через катушку тангенс-гальванометра пропустить постоянный ток, то появится магнитное поле, характеризуемое вектором магнитной индукции , который в центре катушки направлен перпендикулярно плоскости витков (рис.76). В этом случае на стрелку тангенс-гальванометра одновременно действуют два магнитных поля - магнитное поле земли (его горизонтальная составляющая) и магнитное поле катушки тангенс­гальванометра, характеризуемые соответственно векторами магнитной индукции В_3Г и В_Т. В результате этого стрелка займет такое положение равновесия, при котором ее ось будет совпадать с равнодействующей В_Р

векторов В_3Г и В_Т. В зависимости от расположения катушки тангенс­гальванометра угол между векторами В_3Г и В_Т может иметь различные значения, однако более удобным для определения горизонтальной составляющей земного магнитного поля является взаимно перпендикулярное расположение этих векторов. Последнее достигается расположением тангенс-гальванометра, при отсутствии тока в катушке, таким образом, чтобы магнитная стрелка оказалась в плоскости его витков (при этом плоскость витков катушки будет совпадать с плоскостью магнитного меридиана, что в дальнейшем и обеспечивает взаимную перпендикулярность векторов В_3Г и В_Т). В этом случае угол отклонения φ стрелки от первоначального положения является углом между вектором В_Р результирующего положения магнитного поля и вектором В_3Г горизонтальной составляющей магнитного поля Земли, как видно на рисунке 7, где показан вид на катушку тангенс-гальванометра сверху.

Из прямоугольного треугольника (см. рис. 7) следует, что:

B_T = B_3Г*tgφ (13)

Величина В_Т магнитного поля тока может быть рассчитана по формуле (12),

полученной на основании закона Био-Савара-Лапласа:

(14)

Тогда для определения В_3Г получим

(15)

Из формулы (12) видно, что для данного места Земли с изменением величины тока пропорционально изменяется тангенс угла отклонения стрелки от плоскости магнитного меридиана. Поэтому прибор получил название тангенс-гальванометра. Этот прибор может служить и для измерения величины тока при известных значениях В_3Г, μ, μ₀, r_0.

Описание установки:

Установка для определения горизонтальной составляющей В_3Г магнитного поля земли собирается на рабочем столе по схеме, приведенной на рис. 9. Она содержит тангенс-гальванометр ТГ, выпрямитель, служащий для питания катушки тангенс-гальванометра постоянным током, амперметр А для измерения величины тока в катушке тангенс-гальванометра, реостат R предназначенный для изменения величины тока в катушке и двухполюсный переключатель П для изменения направления этого тока.

Параметры тангенс-гальванометра: средний диаметр катушки 2r₀ = 30,5 см, количество витков N= 10.

При выполнении работы необходимо располагать тангенс­гальванометр как можно дальше от амперметра и выпрямителя, чтобы устранить влияние на стрелку тангенс-гальванометра полей магнитов, расположенных внутри этих приборов.