Опеределение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля земли методом тангенс-гальванометра

4. Цель работы: определение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли.

4. Теоретические основы.

• пространстве, окружающем Землю, существует магнитное поле. Схема силовых линий магнитного поля Земли изображена на рис. 1. Направление силовых линий можно определить с помощью магнитной стрелки (рис. 2), которая подвешивается так, чтобы точка ее закрепления на нити совпадала с центром тяжести стрелки. Тогда стрелка ориентируется по касательной

к силовой линии магнитного поля Земли, т.е. по направлению магнитного меридиана. Вектор напряженности магнитного

поля Земли

, в общем случае, можно представить суммой его горизонтальной

и вертикальной

составляющих

H З

H 

H 

.

(1)

H

З



H





H



магнитный меридиан

Рис. 1 Рис. 2

Горизонтальная составляющая H _ является одной из основных характеристик магнитного поля Земли. Ее значение можно вычислить через угол отклонения  магнитной стрелки тангенс-гальванометра (рис. 3).

Тангенс-гальванометр – это прибор, состоящий из короткой по длине катушки индуктивности радиуса R и подвижной магнитной стрелки, вертикальная ось которой закреплена в геометрическом центре катушки (рис. 3). При отсутствии в

катушке тока магнитная стрелка устанавливается в направлении H _ .

R
			H	Г		H
360		0
270		90					
		180					H K
H
						а) ток в катушке Т-г
						течет против хода
						часовой стрелки

H



^H K

б) ток в катушке Т-г течет по ходу часовой стрелки

H _Г

Рис. 3

Рис. 4

Магнитное поле HK

, созданное током, протекающим по виткам катушки тангенс-гальванометра,

направлено вдоль оси

катушки и перпендикулярно плоскостям витков

с

током. Тогда

в

горизонтальной

плоскости

поверхности Земли

обнаруживаются взаимно ортогональные поля

H 

и

HK , и магнитная стрелка ориентируется по направлению вектора





результирующего магнитного поля Н, равного сумме векторов H 

и H

K

(рис. 4): H

i

H



H

K

.

(2)

Величина напряженности магнитного поля в центре N

круговых токов короткой катушки индуктивности может быть

найдена по закону Био-Савара-Лапласа

I  N

2 R

I  N ,

(3)

H K



dl



4

R

2

2R

0

где I – сила тока в витках катушки, N – число витков, R – радиус витков, dl – элемент длины окружности катушки.

Вектора напряженностей магнитного поля Земли из уравнения (2) составляют прямоугольный треугольник (рис. 4), откуда

найдем тангенс угла отклонения магнитной стрелки	tg			H K		.		(4)
				H
					
					I  N
По формуле (3), находим	H						.	(5)
					2R tg