Описание эксперимента

Для измерения магнитного поля в данной работе применяется метод тангенс-буссоли. В качестве датчика используется магнитная стрелка компаса, расположенная в плоскости катушки с известными параметрами (средний радиус r = 35мм, число витков N = 400). Если пропустить через катушку ток I, то возникнет магнитное поле В_К, которое направлено в центре катушки вдоль ее оси:

(3)

(закон Био-Савара-Лапласа).

З

(4)

ная, что вектор поля катушки и вектор измеряемого поля перпендикулярны, можно найти величину . В прямоугольном треугольнике, образованном векторами , и вектором их суммы :

,

где φ – угол между векторами и .

При выполнении работы, сначала следует определить поле Земли. Для этого, соединив последовательно катушку, источник постоянного тока и миллиамперметр, устанавливают катушку на вертикальный штырь. Внутри катушки горизонтально устанавливается столик с компасом, затем катушку необходимо развернуть так, чтобы стрелка оказалась в плоскости катушки. Снимая зависимость угла отклонения стрелки от тока, можно найти магнитную индукцию .

Во втором опыте подобным способом определяют поле постоянного магнита. Для измерения индукции поля на оси магнита, он устанавливается на рельсе, а для измерения поля в плоскости магнита, следует поменять местами магнит и катушку. Чтобы найти расстояние между катушкой и магнитом, следует найти разность их координат. Координата штыря по шкале рельса равна 275мм.

Порядок выполнения работы Упражнение 1. Измерение магнитного поля Земли

1. Переключить вольтметр GDM‑8135 в режим измерения постоянного тока. Соединить последовательно полученный миллиамперметр, источник постоянного тока макета и катушку (см. описание эксперимента). Катушку со столиком и компасом разместить на штыре (согласно описанию эксперимента).

2. После проверки схемы преподавателем, включить питание макета. Ручкой регулировки увеличивать ток в катушке, записывая значения тока для углов отклонения стрелки 10^о, 20^о, 30^о, 40^о и 50^о.

3. По формулам (3) и (4), найти значение поля Земли для каждого угла отклонения стрелки, вычислить среднее значение и погрешность.

Упражнение 2. Измерение поля постоянного магнита

1. Установить постоянный магнит на рельс так, чтобы расстояние между катушкой и магнитом было 20см. При нулевом токе развернуть катушку так, чтобы стрелка компаса располагалась в ее плоскости. При таком положении магнита и датчика будет измеряться магнитная индукция на оси магнита.

2. Увеличивая ток через катушку, записать его значения для углов поворота стрелки 10^о, 20^о и 30^о.

3. Поменять местами катушку и магнит. Развернуть магнит на штыре так, чтобы его плоскость совпадала с положением рельса (стрелка при этом окажется в плоскости катушки).

4. Повторить измерения п.2 для измерения поля в плоскости магнита.

5. По формулам (3) и (4), найти индукцию поля магнита на его оси и в его плоскости для каждого угла отклонения стрелки, вычислить среднее значение и погрешность.

Контрольные вопросы

1. Каковы основные отличия магнитного поля постоянного тока от электростатического? Откуда происходит название “вихревые поля”?

2. Силовые линии магнитного поля “выходят” из северного полюса, а входят в южный. Определите полюса катушки, используемой в работе.

3. Сформулируйте закон, описывающий действие магнитного поля на магнитную стрелку или виток с током в векторной форме. Как направлен и чему равен магнитный момент кругового тока?

4. Перечислите основные параметры земного магнетизма.