2 Описание установки и вывод расчетной формулы
Установка состоит из тангенс-гальванометра, амперметра, блока питания и реостата.
В настоящей работе измеряется горизонтальная составляющая вектора индукции магнитного поля с помощью тангенс-гальванометра. Тангенс-гальванометр состоит из кольца, укрепленного на подставке вертикально (рисунок 3). В желобе кольца помещены
Рисунок 3 Тангенс-гальванометр
витки катушки проводника, по которым можно пропустить электрический ток. В центре кольца расположен прибор, состоящий из корпуса со шкалой и магнитной стрелкой (компас), которая может вращаться вокруг вертикальной оси. Корпус со шкалой может поворачиваться относительно стрелки, что используется для совмещения нулевого значения шкалы со стрелкой.
При отсутствии тока в катушке магнитная стрелка всегда устанавливается вдоль магнитного меридиана Земли, при этом северный полюс магнитной стрелки направлен к южному магнитному полюсу Земли (к северному географическому полюсу). Поворотом подставки плоскость кольца можно совместить с осью, проходящей через концы магнитной стрелки. В этом случае магнитная стрелка и кольцо будут находиться в плоскости магнитного меридиана Земли.
Если по катушке
пропустить постоянный ток, то стрелка
повернется на некоторый угол
(рисунок 4). Этот поворот стрелки обусловлен
магнитным полем кругового тока,
протекающего по катушке. На магнитную
стрелку в этом случае будут действовать
два поля: магнитное поле Земли и магнитное
поле, созданное током. Стрелка тангенс
- гальванометра устанавливается по
направлению результирующей
двух векторов: вектора
– горизонтальной составляющей вектора
индукции магнитного поля Земли и вектора
– индукции магнитного поля кругового
тока.
Рисунок 4 Сложение
двух векторов
и
Вектор
лежит в плоскости катушки, а вектор
ей перпендикулярен. Из рисунка 4 видно,
что
.
(1)
Откуда
.
(2)
Индукция магнитного поля в центре катушки равна
,
(3)
где I
– сила тока в катушке, n
– число
витков катушки, r
– ее радиус,
– магнитная проницаемость среды (в
данном случае для воздуха
= 1), 0
- магнитная постоянная
).
Подставив выражение (3) в формулу (2), получим:
.
(4)
Таким образом, если расположить кольцо тангенс–гальванометра в плоскости магнитного меридиана Земли, пропустить по его катушке электрический ток и измерить силу тока в катушке и угол отклонения магнитной стрелки, можно определить горизонтальную составляющую вектора индукции магнитного поля Земли.
3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов
3.1 При подготовке к лабораторной работе необходимо изучить и законспектировать следующие библиографические источники:
- для неинженерных специальностей /1/ С. 244 – 255;
- для инженерных специальностей /2/ С. 202 – 208, /3/ С. 134 – 142, С. 149 – 151.
3.2 Собрать электрическую схему установки согласно рисунку 5 и после ее проверки получить у преподавателя разрешение включить блок питания в сеть.
3.3 Начертить таблицу для записи результатов измерений.
Таблица 1 Результаты измерений и вычислений
|
№ |
Обозначения физических величин |
|||||
|
I, A |
1 |
2 |
|
BГ, Тл |
ВГ, Тл |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
n = ; r = м; r = м; I = A; = .
3.4 Записать под таблицей численные значения числа витков n катушки, радиуса кольца r и абсолютных погрешностей измерения радиуса кольца Δr катушки тангенс – гальванометра, угла отклонения магнитной стрелки Δα (зависит от цены деления компаса) и погрешности амперметра ΔI.
Рисунок 5 Электрическая схема установки: ТГ – тангенс
гальванометр; П – переключатель; РА - амперметр;
R – реостат; БП - блок питания
Реостат и амперметр расположить как можно дальше от тангенс–гальванометра.
3.5 Медленно поворачивая площадку тангенс-гальванометра относительно вертикальной оси, совместить плоскость катушки с осью, проходящей через концы магнитной стрелки (при отсутствии тока в катушке), чтобы северный конец магнитной стрелки совпадал с нулем шкалы компаса.
3.6 Включить установку в электрическую цепь и установить переключатель в положение I.
3.7 C помощью реостата установить по амперметру ток 0,1 А.
3.8 После успокоения магнитной стрелки отсчитать угол отклонения, записать в таблицу значение силы тока и угла 1.
3.9 Переключив переключатель в положение II, изменить направление тока в цепи на противоположное. По амперметру проверить величину тока, величина тока должна быть такой же, как и в первом положении ключа. Отсчитать угол отклонения 2 магнитной стрелки в противоположном направлении и записать его в таблицу 1.
3.10 Вычислить
среднее арифметическое значение угла
отклонения
.
3.11 Реостатом изменить силу тока в цепи (величину тока задаёт преподаватель) и повторить измерения, указанные в пунктах 3.7 … 3.9).
3.12 По измеренным
значениям силы тока I
и угла
отклонения магнитной стрелки рассчитать
для каждого опыта величину горизонтальной
составляющей вектора индукции магнитного
поля Земли Вr
по формуле (4).
3.13 Вычислить
среднее арифметическое значение
горизонтальной составляющей вектора
индукции магнитного поля Земли
.
3.14 Вычислить
инструментальную относительную ошибку
магнитной индукции
по формуле (5)
,
(5)
где
,
- класс точности амперметра.
Среднюю абсолютную
ошибку 
Г
определить по формуле:
.
(6)
3.15 Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1.
3.16 Окончательный
результат записать в виде
.