II. Тангенс — гальванометр.

Для измерения используется прибор, называемый тангенс-гальванометром. Он представляет собой кольцо, расположенное в вертикальной плоскости, на которое намотано N витков провода. В центре этого кольца в горизонтальной плоскости установлен компас.

Рис. 2.

Перед началом измерений витки тангенс-гальванометра располагают в плоскости магнитного меридиана (плоскости, проходящей через данную точку земной поверхности и магнитный полюс Земли), то есть по направлению магнитной стрелки (рис. 5.7).

Если подсоединить витки тангенс-гальванометра к источнику постоянного тока, то этот ток создает в центре витков магнитное поле, вектор напряженности которого Н₁ будет перпендикулярен к плоскости витков и, следовательно, к плоскости магнитного меридиана.

Согласно принципу суперпозиции напряженность магнитного поля в центре витков является векторной суммой напряженности магнитного поля Земли Н₀ и напряженности магнитного поля токов Н₁:

Н = Н₀ + Н₁.

В результате совместного действия двух магнитных полей, магнитная стрелка устанавливается под некоторым углом β к плоскости магнитного меридиана. Из рисунка видно, что:

H₀ = H/tg β;

Следовательно, горизонтальная составляющая магнитного поля Земли может быть рассчитана, как:

H₀ = (IN)/(2rtg ά);

В экспериментальной установке, электрическая схема которой изображена на рис. , ток в кольце создается с помощью низковольтного источника постоянного тока Б, его величина регулируется реостатом и измеряется амперметром.

Порядок выполнения работы

1. Включить установку.

2. Поворачивая тангенс-гальванометр, установить плоскость витков тангенс-гальванометра в плоскости магнитного меридиана.

3. Вращая лимб тангенс-гальванометра, установить конец магнитной стрелки на нулевое деление шкалы (α = 0).

4. Изменяя реостатом силу тока в цепи, установить на амперметре значение силы тока I = 0,4 А.

5. По шкале тангенс-гальванометра определить угол отклонения магнитной стрелки α. Результаты измерений занести в таблицу.

6. Определить углы отклонения магнитной стрелки α, соответствующие токам I = 0,5 А и I = 0,6 А.

7. Занести в таблицу измерений данные о параметрах установки.

8. По расчетной формуле найти значения Н₀.

Таблица 1

№ опыта	I, А	ΔI, А	ά˚	Δα, рад	R, м	N	Н0, А/м	Нср., А/м	ΔН0, А/м
1
2
3

9. Найти среднее значение горизонтальной составляющей.

10. Рассчитать абсолютную ΔН и относительную ε погрешности измерений по формулам:

.∆H₀ = H₀ √(∆I/I)² + (2∆ά/sinά)²;

έ = ∆H₀/H₀ 100 %.,

где ΔI = ; Δα = 1⁰ , γ – класс точности амперметра, Iн – номинальное значение тока.

10. Рассчитать теоретическое значение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли по формуле:

H₀ = p_m /(R³sin φ),

где p_m = 8,17·10²¹ А/м – магнитный момент Земли;

R = 6,37·10⁶ м – радиус Земли; φ = 52⁰ – широта Иркутска.

10. Записать результат в виде:

Н₀ = (Н_ср ± ΔН₀) А/м. Сделать вывод о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1. Какими физическими величинами характеризуется магнитное поле? В каких единицах они измеряются?

2. Какие существуют гипотезы относительно происхождения магнитного поля Земли?

3. Запишите закон Био-Савара-Лапласа. Примените его к расчету напряженности (или индукции) магнитного поля в центре кругового тока.

4. В чем заключается принцип суперпозиции полей?

5. Опишите принцип работы тангенс-гальванометра и выведите расчетную формулу.