Метод тангенс-гальванометра

Рис.2 Рис.3

Тангенс-гальванометр представляет собой плоскую катушку радиуса R с числом витков N, расположенную в вертикальной плоскости. В центре катушки укреплен обычный компас, стрелка которого может вращаться вокруг вертикальной оси. Поэтому в отсутствие тока в катушке стрелка компаса устанавливается в отличие от свободной стрелки не вдоль магнитных силовых линий геомагнитного поля в плоскости магнитного меридиана, а вдоль горизонтальной составляющей вектора В (рис.2).

Если совместить плоскость катушки тангенс-гальванометра с плоскостью магнитного меридиана, то стрелка компаса в отсутствие тока будет располагаться вдоль горизонтального диаметра катушки. При включении тока возникает магнитное поле катушки

, (4)

перпендикулярное плоскости катушки, а значит, и .

Очевидно, что стрелка компаса установится вдоль результирующего поля (рис.3).

Как видно из рис.3 , (5)

где  - угол отклонения стрелки. Поэтому

. (6)

Закон Био-Савара-Лапласа

Рис.4

Индукция магнитного поля , созданного длинным проводом произвольной конфигурации, по которому течет ток I, равна векторной сумме индукций магнитных полей , созданных каждым элементом длины этого провода. Закон Био-Савара-Лапласа дает формулу: ,

где - элемент тока, - радиус-вектор от этого элемента до точки, в которой находится магнитное поле. Как видно из формулы, поле перпендикулярно плоскости, в которой лежат радиус-вектор и элемент тока. Модуль индукции, создаваемой элементом тока, находится по формуле ,

где  - угол между радиусом-вектором и элементом тока.

При выводе индукции магнитного поля в центре кругового витка необходимо учесть, что угол  =90 (радиус всегда перпендикулярен касательной к окружности), а (радиус витка). Эти значения будут одинаковы для всех элементов тока витков.

Контрольные вопросы

1. Что такое магнитное поле? Какими свойствами оно обладает? Имеет ли источники, вихри?

2. Дайте определение вектора . Что такое силовые линии?

3. Как магнитное поле действует на заряд, на провод с током, на виток с током?

4. Сформулируйте закон Био-Савара. Выведите формулу (4), используя этот закон.

5. Покажите картину силовых линий магнитного поля Земли. Покажите как направлен

вблизи поверхности Земли в северном полушарии вектор и найдите его составляющие (горизонтальную и вертикальную).

6. Как меняется в зависимости от географической широты?

7. Что известно о природе геомагнитного поля?

Литература

Савельев И.В. Курс общей физики. - 2-е изд. - М.: Наука, 1982, т.2. гл. "Магнитное поле в вакууме".

Лабораторная работа №27

Исследование магнитного поля соленоида

Цель работы: экспериментальное определение значений магнитной индукции на оси соленоида и сравнение их с расчетными значениями.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомьтесь с установкой и включите ее в сеть (220 В).

2. Ручкой на установке поместите измерительную катушку L2 у одного из концов соленоида, определив ее положение a (расстояние от края соленоида до точки, в которой определяется значение магнитной индукции) с помощью указателя на шкале.

3. Нажмите на кнопку S, измерьте отклонение светового зайчика  по шкале гальванометра. Не отпуская кнопку, определите силу тока в соленоиде по миллиамперметру.

4. Такие же измерения а и  проделайте для других положений катушки L2, перемещая ее каждый раз на 1 см вдоль оси соленоида до упора. Занесите данные в таблицу, после чего получите подпись преподавателя о завершении эксперимента.

5. По формуле (5) найдите экспериментальные значения магнитной индукции, воспользовавшись значением k, указанным на установке.

6. Для тех же значений а рассчитайте по формулам (3) и (4) теоретические значения магнитной индукции в соленоиде.

7. Данные вычислений занести в таблицу.

а, м	, дел	Вэксп, Тл	cos1	cos2	Втеор, Тл

k = .......; I = .......

8. Построить графики B_эксп = f₁(a) и B_теор = f₂(a) по результатам, полученным из опыта и при теоретическом расчете, на одних координатных осях.