Описание аппаратуры и метода измерений

Как следует из формулы /6/ для определения индукции магнитного поля необходимо знать , и .

В таком случае индукция магнитного поля определяется так:

/13/

/14/

где — есть величина постоянная для данного магнита. В этой работе величина не рассчитывается, так как и неизвестны, а определяется опытом на основании дополнительного измерения периода колебаний магнита в поле, индукция которого известна. Таким магнитным полем является поле Земли, горизонтальная составляющая магнитной индукции которого для Москвы равна:

Таким образом, зная и , по формуле /14/ найдем:

Для измерения индукции магнитного поля катушки магнит, подве­шенный на нити, помещают в катушку /рис. 4 /. При включении напряжения по виткам катушки протекает ток и создает магнитное поле. Но в этом случае на магнитное поле тока б катушке накладывается магнитное поле Земли. Таким образом, период колебаний магнита зависит от результирующего поля. Чтобы исключить поле Земли, располагают ось катушки по магнитному меридиану и наблюдают периоды колебаний в двух случаях: а/ когда поле в катушке и горизонтальная составляющая поля Земли совпадают по направлению, б/ когда они направлены навстречу друг другу. Такое изменение направления поля осуществляется изменением направления тока в катушке.

В первом случае имеем:

/15

Во втором случае имеем:

/16/

где и соответствующие периоды колебаний, В – измеряемая индукция поля катушки. Складывая эти соотношения, получаем:

/17/

.

Следовательно, измерение индукции поля катушки при известном сводится к измерениям периодов и .

Порядок выполнения работы.

1.Собрать схему, указанную на рисунке 4.

2.Магнит, подвешенный на нити, помещают в центр катушки и с его помощью определяют направление магнитного меридиана.

3.Устанавливают катушку L так, чтобы ее ось совпадала с направлением магнитного меридиана. При этом, очевидно, магнит должен расположиться вдоль оси катушки.

4.Выводят магнитную стрелку из состояния покоя на угол 4-6 . Измеряют по секундомеру время t , за которое стрелка совершит n полных крутильных колебаний /например 5/. Результаты заносят в таблицу.

5.Включают напряжение, и при помощи реостата R устанавливают силу тока i. При этих условиях проводят опыт так же, как указано в пункте 4. Далее переключают коммутатор, меняя тем самым направление тока, и вновь проводят опыт.

Измерение времени крутильных колебаний повторяют при десяти различных значениях тока, отличающихся на 0,1 А.

Примечание: амперметр располагать как можно дальше от катушки /не менее 0,5 м/ ввиду того, что в амперметре имеется сильный магнит.

Обработка результатов измерений

1.По результатам измерений /пункт 4,5/ определяют период Т колебаний магнита в поле Земли, рассчитывая его по формуле:

2.Расчитывают постоянную по формуле 14.

3.Далее определяют периоды Т₁ и Т₂ , которые соответственно равны:

4.Рассчитывают индукции поля катушки для данного значения силы тока. Для этого расчета используется формула 17.

5.По результатам опыта строят график: В=f(i)