Описание установки
Установка состоит из магнитометра, представляющего собой катушку из большого числа витков, плотно прилегающих друг к другу, расположенных вертикально. В центре катушки помещается магнитная стрелка, вращающаяся вокруг вертикальной оси или компас.
При отсутствии тока в катушке магнитная стрелка располагается в плоскости магнитного меридиана под действием магнитного поля Земли.
Перед измерениями плоскость катушки совмещают с плоскостью магнитного меридиана. В этом случае один конец стрелки указывает на 0, другой – на 180.
Если по катушке
пропустить ток, то в окружающем катушку
пространстве возникает магнитное поле,
вектор индукции которого
в центре катушки будет направлен
перпендикулярно к плоскости катушки.
Таким образом, на стрелку будет действовать
два взаимноперпендикулярных магнитных
поля: магнитное поле Земли с напряженностью
и магнитное поле катушки напряженностью
.
Векторы напряженности этих полей
взаимноперпендикулярны. Стрелка
устанавливается по направлению
результирующего вектора. На рис. 3
показано сечение катушки горизонтальной
плоскостью (вид сверху).AиB– сечение витков
катушки,NS– направление
магнитного меридиана Земли,ns– магнитная стрелка, помещенная в центре
катушки.
- вектор горизонтальной составляющей
магнитного поля Земли,
- вектор напряженности магнитного поля,
созданного током в катушке.
Из рисунка
видно, что
,
откуда
. (1)
На основании закона Био-Савара-Лапласа величина напряженности магнитного поля в центре кругового тока вычисляется по формуле
, (2)
где I – сила тока в катушке, измеряемая амперметром,N – число витков катушки,R– радиус витка.
Подставив выражение (2) в (1) получим
.
Индукция вычисляется по формуле:
.
Выполнение работы
1. Собрать установку по схеме (рис. 4).
2. Установить
плоскость катушки магнитометра в
плоскости магнитного меридиана Земли.
3. Проверить установку, добившись чтобы при перемене направления тока в магнитометре разница в отклонениях магнитной стрелки не превышала двух градусов.
4. При помощи
реостата подать в катушку ток определенного
значения и измерить угол
- отклонения магнитной стрелки.
5. Повторить опыт ещё 4 раза при разных токах.
6. Изменить направление тока с помощью двухполюсного переключателя и повторить опыты с теми же значениями токов.
7. Занести данные измерений в таблицу 1.
Таблица 1
|
Номер опыта |
Измерения |
Вычисления | |||||||||
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
< B > | |
|
|
А |
|
|
|
|
А/м |
А/м |
А/м |
А/м |
Тл | |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
8. Рассчитать
для каждого тока горизонтальную
составляющую напряженности магнитного
поля Земли, используя значение
.
9. Рассчитать среднее значение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли и погрешность результатов измерений.
10. Вычислить относительную погрешность
.
11. Вычислить абсолютную погрешность
.
12. Записать результат в виде
.
13. Вычислить
среднее значение горизонтальной
составляющей индукции магнитного поля
Земли, используя соотношение
.
14. Провести анализ результатов и сделать выводы.