I. 9. Объясните действие магнитного поля Земли на магнитную стрелку. Почему мы можем в работе измерить только горизонтальную составляющую напряженности магнитного поля Земли?

Как известно, вектор будет направлен по касательной к силовой линии, т. е. для магнитного поля Земли – к линии магнитного меридиана, а стрелка компаса устанавливается вдоль магнитного меридиана. Поскольку - силовая характеристика магнитного поля, на вращение магнитной стрелки вокруг вертикальной оси будет оказывать влияние горизонтальная составляющая вектора (т. е. - это составляющая вектора , проведенная параллельно поверхности земли). Поскольку магнитная стрелка не может свободно вращаться вокруг горизонтальной оси, вторая составляющая вектора - вертикальная - не изменит положение стрелки (рис. 2.12). Таким образом, на экваторе совпадет по величине и направлению с , тогда как на полюсе будет наблюдаться лишь .

Рис. 2.12

Если поместить ось вращения магнитной стрелки в центр кругового проводника, по которому течет ток, то магнитное поле тока будет действовать на стрелку. Если стрелка мала по сравению с радиусом кругового тока, то можно с достаточной точностью считать, что полюсы стрелки находятся в центре круга. Согласно закону Био-Савара-Лапласа напряженность в центре кругового витка с током

где I - сила тока; R – радиус проводника; N – число витков.

I. 10. Опишите принципиальную схему установки и ход выполнения лабораторной работы.

Тангенс-гальванометр состоит из нескольких витков кругового проводника, в центре которого на вертикальной оси маленькая магнитная стрелка. Под стрелкой в горизонтальной плоскости расположена круговая шкала в градусных делениях. Положение стрелки относительно этой шкалы определяется визуально. Шкала может свободно вращаться вокруг оси стрелки.

Принципиальная схема установки показана на рис. 2.13 , где - эдс источника тока; R – реостат; К – переключатель для изменения направления тока, протекающего через тангенс-гальванометр G.

Рис. 2.13

Порядок выполнения работы.

1. Собрать электрическую цепь, показанную на рисунке, не подключая источник тока.

2. Установить плоскость кругового тока в плоскость магнитного меридиана. После проверки схемы преподавателем или лаборантом подключить провода к источнику постоянного тока.

3. С помощью реостата установить силу тока в цепи, равную 0,1 А, и отсчитать угол поворота стрелки. Так как центры тока, магнитной стрелки и шкалы могут не совпадать точно, необходимо определить положение обеих концов стрелки.

II. 11. Сформулируйте закон Ампера. Покажите взаимодействие параллельных токов.

Ампер установил, что сила d ,с которой магнитное поле действует на элемент проводника с током , находящийся в магнитном поле, равна

(2.9)

где – вектор, по модулю равный dl и совпадающий по направлению с током, – вектор магнитной индукции, _{- сила тока в проводнике (рис. 2.13).}

Рис. 2.14

Направление вектора может быть найдено по общим правилам векторного произведения, откуда следует правило левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы в нее входил вектор , а четыре вытянутых пальца расположить по направлению тока в проводнике, то отогнутый под углом 90⁰ большой палец покажет направление силы, действующей на проводник с током, т. е. силы Ампера.