Методика измерений горизонтальной (Hг)и вертикальной Hв составляющих магнитного поля Земли.

Величины, характеризующие магнитное поле Земли можно измерить двумя методами.

1)Метод тангенс-буссоли позволяет определить горизонтальную составляющую магнитного поля H_г.

Внутри катушки помещается компас. Плоскость катушки устанавливается в плоскости магнитного меридиана, т.е. вдоль магнитной стрелки компаса. Когда через катушку проходит ток в ней создается магнитное поле перпендикулярное плоскости катушки и стрелка компаса устанавливается по направлению результирующего магнитного поля.

На рис.5 изображено сечение катушки.

α

Напряженность магнитного поля в центре кругового тока , а в центре круговой катушки с током с учетом числа витков:

Из рис.5 следует, что , тогда:

.

После логарифмического дифференцирования этой формулы, получим формулу для расчета погрешности

(2)

отсюда следует, что погрешность будет минимальной, если sin2α=1 т.е. α=45°. Значит, нужно выбирать такую силу тока в цепи, чтобы отклонение магнитной стрелки было близким к 45° и тогда

Н_г = ,(1)

где N – число витков катушки, N=400 витков; R – средний радиус катушки, R=35 мм.

2)Метод, использующий явление электромагнитной индукции, позволяет определить горизонтальную Hг и вертикальнуюHв составляющие индукции магнитного поля Земли.

Рис. 1. Внешний вид индуктора 1 – основание, 2 – стойка с кронштейном, 3 – рамка, 4 – катушка, 5 – клемма, 6 – ручка, 7 – гайка, 8 – ножки регулировочные.

Установка состоит из индуктора (рис.1) и измерительного устройства, которое высчитывает среднее значение потока ЭДС индукции возникающее в катушке при её вращение.

Магнитная индукция В_г и В_вопределяется по формуле.

,(3)

где S – площадь катушки.

Если рамка на которой закреплена катушка установлена горизонтально, то (ось вращения катушки горизонтальна) измерительное устройство измеряетпоток <E_iΔt>, создаваемую вертикальной составляющей B_в.

Если рамка установлена вертикально, то измерительное устройство измеряет потока <E_iΔt>, создаваемую горизонтальной составляющей B_г.

Т.к. в отсутствии среды магнитная индукция и напряженность магнитного поля связаны соотношением:

,

где - магнитная постоянная =410^-7 Гн/м.

Порядок выполнения работы.

Задание1.Измерение магнитной индукции методом тангенс-буссоли на модуле МО-1.

1.Установите катушку на штырь на основание установки. Установите в катушке съемный столик (пластину). На столик положите компас и вращая его добейтесь совпадения красного конца стрелки с буквой N, а белого с буквой S.Сориентируйте катушку так, чтобы стрелка компаса совпадала с плоскостью катушки.

2.Соберите электрическую схему на модуле МО-1 (Рис.1).

Рис.1

-Реостат 10К в крайнее левое положение.

-Мультиметр VC97 в положение mA.

-Тумблер на панели в положение «Вкл».

3.Пропуская через катушку ток (медленно вращая реостат) получите отклонение стрелки компаса на угол 45^о(стрелка должна совпадать сзеленой точкой на компасе).

Запишите показания мультиметра I_1.

4.Переключите питание с +9В на -9В и повторите п.3.

5.Измерения по п/п 3,4 повторить 2 раза.

6.Результаты запишите в таблицу.

U	I1(мА)	I2(мА)	I3(мА)
0 - + 9В				I'ср
0 - - 9В				I"ср

7.Рассчитайте среднее значение тока с учетом всех измерений.

8.По формуле (1) рассчитайте значение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли H_г.N – число витков катушки, N=400 витков; R – средний радиус катушки, R=35 мм.

9.Оцените погрешность измерения по формуле (2).

Δα=0,5°=8,73·10^-3рад; ΔI=0,5·10^-3 А.

10.Окончательный результат запишите

(размерность)

11.По формулеB_г=μ₀Н_гопределите значение горизонтальной составляющей В_г.