II. Приборы и принадлежности

1. Тангенс-буссоль.

2. Источник постоянного то­ка.

3. Реостат.

4. Переключатель.

5. Амперметр

6. Соединительные провода.

III. Описание экспериментальной установки и метода измерения

Магнитная стрелка, которая может легко вращаться вокруг вер­тикальной оси (под действием горизонтальной составляющей Н_ЗГ напря­женности магнитного поля земли), устанавливается в плоскости магнитного меридиана.

Создадим в месте расположения стрелки другое магнитное поле,напря­женность которого Н_О известна по величине и направлена перпендику­лярно к плоскости магнитного меридиана.

Магнитная стрелка начнет поворачиваться до тех пор, пока не установиться вдоль направления равнодействующей напряженности Н_ЗГ и Н_О (рис.4).

Из чертежа видно, что ,

где α -угол отклонения стрелки

Отсюда следует, что (9)

Угол α может быть отсчитан по разделенному лимбу, над которым враща­ется указатель, неизменно связанный со стрелкой. Для создания магнитного поля с напряженностью Н_О удобнее всего воспользоваться круговым про­водником радиуса R, по которому течет ток I, и в центре которого расположена магнитная стрелка. Если N- число витков кругового проводника, то в соответствии с формулой (8) напряженность магнитного поля в центре такого кругового тока определится по формуле:

. (10)

Подставляя выражение (10) в формулу (9) получим:

(11)

Итак, для нахождения горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля земли Н_ЗГ необходимо иметь круговой проводник, состоящий из N витков радиуса R.

Также необходимо измерить ток I, текущий по проводнику и угол отклоне­ния α магнитной стрелки, помещенной в центре проводника от плоскости магнитного меридиана.

Такой круговой проводник с магнитной стрелкой, помещенной в его цен­тре и имеющей возможность свободно вращаться над градуированным лимбом, называется тан­генс-буссолью.

Основной частью тангенс-буссоли (рис.5) являются: несколько витков кругового проводника, намотанного обычно на деревянный каркас, и буссоль, расположенная в центре этих вит­ков.Буссоль состоит из магнитной стрелки малых размеров, связанной с указателем; стрелка и указатель могут вращаться в горизонтальной плоско­сти над разделенным лимбом. Деревянный каркас, укреплен на штативе, имеющем три установочных винта.

Концы кругового проводника выведены к клеммам, расположенным на штативе. В краях каркаса сделано два небольших выреза, позволяющие ви­деть витки. Эти вырезы облегчают счет витков кругового проводника и из­мерение среднего радиуса этих витков.

Тангенс-буссоль включают в цепь источника переменного тока, согласно схеме, изображенной на рис.6. На этой схеме помимо тан­генс-буссоли изображены:

ε- источник тока;

R- реостат, позволяющий регулировать силу тока в цепи;

А - амперметр;

Т - тан­генс-буссоль

П - переключатель, позволяющий изменять направление тока в круговом проводнике тангенс- буссоли.

IV. Выполнение работы

1. Проверить соединение приборов согласно схеме, изображенной на рис. 6.

Примечание: замыкать ток до проверки схемы преподавателем или лабо­рантом категорически запрещается.

2. При помощи установочных винтов установить установку так, чтобы ни магнит­ная стрелка, ни указатель при своем вращении не задели ни за нимб, ни стекло буссоли.

3. Повернуть тангенс - буссоль вокруг вертикальной оси до тех пор, пока плоскость кругового проводника не совпадет с плоскостью магнитно­го меридиана. В этом положении отсчет по указателю на лимбе должен быть равен нулю.

Примечание: отсчитывать следует по обоим концам указателя и из отчетов брать среднее арифметическое. Это среднее арифметическое будет свобод­но от ошибки, происходящей в результате того, что ось вращения не совпа­дает с центром лимба (ошибка эксцентриситета).

4. Замкнуть переключателем цепь, передвигая ползунок реостата и на­блюдая за амперметром, установить определенный ток I_i, записать это значение тока в таблицу 1.

5. Отсчитать по лимбу положение обоих концов указателя и из обоих отсчетов α₁₁ и α₁₂ взять среднее арифметическое α₁.

6. Изменить при помощи переключателя направление тока в круговом про­воднике тангенс-буссоли, снова отсчитать по лимбу положение обоих концов указателя и из обоих отсчетов α₂₁ и α₂₂ взять среднее арифметиче­ское α₂.

Таблица 1

Число витков N=32вит.	Сила тока	Отсчеты указателя по лимбу буссоли
	I (ма)	α11	α12	α1=	α21	α22	α2=	НЗ	Угол от­клонения	tg α
1.	100
2.	200
3.	300
4.	400
5.	500

7. Из α₁ и α₂ высчитать среднее арифметическое α, которое будет равно углу от­клонения стрелки под действием магнитного поля тока.

Примечание: найденное таким образом значение угла отклонения α, будет свободно от влияния ошибки, вызванной тем, что плоскость кругового проводника не совершенно точно совпадает с плоскостью магнитного меридиана.

8. Вычислить значение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля земли Н_ЗГ по формуле (11):

где радиус виткаR=25см,число витков в проводнике N = 32.

9. Изменяя ток проделать 5 таких опытов. Из результатов этих опытов вычислить среднее арифметическое значение напряженностиН_з.

10. Результаты измерений и расчетов записывают в таблицу 1.

11. Оценить точность полученного результата, определив абсолютную погрешность сначала каждого опыта, а затем вычислив из них среднее арифметическое. Определить по нему относительную погрешность измерений.