Лабораторне заняття № 14

Тема: Визначення горизонтальної складової напруженості магнітного поля Землі.

Мета роботи: Визначити горизонтальну складову напруженості магнітного поля Землі.

Прилади та обладнання: тангенс-гальванометр, амперметр, реостат, джерело постійного струму, перемикач.

Теоретичні відомості

Найбільш грандіозним магнітом, у полі якого ми постійно знаходимося, є Земна куля. Полюси цього магніту лежать поблизу географічних полюсів Землі: поблизу північного географічного полюса розташований південний S, а біля південного географічного – північний N.

В межах кожного місця на Землі магнітне поле практично однорідне, але в різних місцях Земної поверхні напрямок і розмір напруженості магнітного поля неоднакові і залежать від географічного положення цієї точки. Проекція напруженості Земного магнітного поля на горизонтальну площину називається горизонтальною складовою вектора напруженості Земного магнітного поля Н₀, а проекція того ж вектора на вертикальну складову називається вертикальною складовою напруженості Земного магнітного поля. Горизонтальна складова Н₀ на Земній поверхні змінюється від 0 до 35 А/м (приблизно 0.4 ерстеди), плавно зростаючи від магнітних полюсів до екватору.

Магнітна стрілка, яка може обертатися лише біля вертикальної осі, буде відхилятися в горизонтальній площині тільки під дією горизонтальної складової магнітного поля Землі. Ця властивість магнітної стрілки використовується у пристроях, котрі звуться тангенс-гальванометрами для визначення Н₀.

Тангенс-гальванометр являє собою плоску котушку діаметру D і з числом витків N. Площина котушки перпендикулярна горизонтальній площині, тобто розташована вертикально. В центрі котушки на вертикальній осі розміщено магнітну стрілку. Ця стрілка може вільно обертатися навколо вертикальної осі і орієнтуватися в горизонтальній площині.

Якщо струму в котушці немає, то стрілка зорієнтована у здовж шуканої горизонтальної складової вектора напруженості Земного поля Н₀. Повертаючи котушку, можна досягти такого положення стрілки, (отже, і вектора ) коли вони лежатимуть в площині котушки.

При пропусканні струму по обмотці котушки додатково до земного поля створюється магнітне поле струму Н₁, напруженість якого в центрі котушки перпендикулярна до її площини. Таким чином, магнітні поля Н₀ і Н₁ лежать обидва в горизонтальній площині, але взаємо перпендикулярні одне одному. Магнітна стрілка, зрозуміло, в такому разі зорієнтується по результуючому полю, яке є векторною сумою цих двох полів:

(1)

З мал.1 неважко побачити, що тангенс кута відхилення магнітної стрілки дорівнює відношенню напруженостей цих двох полів:

(2)

Н₀ Н

Н₁

Мал.1

Від цієї формули і пішла назва приладу – тангенс-гальванометр (або інакше тангенс-бусоль).

Напруженість магнітного поля котушки із струмом є відомою, вона залежить від сили струму І, кількості витків в котушці N та її діаметру D наступним шляхом:

(3)

Отже, остаточна розрахункова формула для Н₀ буде такою:

(4)