Краткая теория. Магнитоэлектрический метод измерения основан на магнитном взаимодействии образца и магнитной стрелки

Магнитоэлектрический метод измерения основан на магнитном взаимодействии образца и магнитной стрелки.

Земля представляет собой шаровой магнит. Поэтому в любой точке на поверхности Земли и в окружающем пространстве обнаруживается действие магнитных сил. Магнитные полюса Земли не совпадают с географическими. Южный полюс магнитного поля Земли расположен у северных берегов Америки (примерно 74⁰ северной широты и 100⁰ западной долготы), а северный полюс - в Антарктиде (60⁰ южной широты и 143⁰ восточной долготы). Схема силовых линий магнитного поля Земли показана на рис. 1. Пунктиром показана ось вращения Земли NS. Направление магнитных силовых линий установлено с помощью магнитной стрелки.

Если подвесить магнитную стрелку на нити так, чтобы точка подвеса совпадала с центром тяжести стрелки, то последняя устанавливается по направлению касательной к силовой линии магнитного поля Земли. В северном полушарии северный конец стрелки будет наклонен к Земле и она составит с горизонтом угол наклонения Ө (на экваторе этот угол равен 0). Вертикальная плоскость, в которой расположена стрелка, называется плоскостью магнитного меридиана. Угол α между магнитным и географическим меридианом называется магнитным склонением. Силовой характеристикой любого магнитного поля является индукция .

Значения Земли невелики и изменяются от 0,42·10^-4 Т_л на экваторе до 0,7 ·10^-4 Т_л у магнитных полюсов. Вектор можно разложить на две составляющие (рис. 2): горизонтальную и вертикальную .

Горизонтальную составляющую магнитного поля Земли определяют с помощью прибора, называемого тангенс-гальванометром. Схематически устройство этого прибора показано на рис. 3. Он состоит из катушки - нескольких круговых витков,

расположенных вертикально в плоскости магнитного меридиана. В центре помещается магнитная стрелка. Она должна быть небольшой, чтобы можно было принять действующую на полюса стрелки магнитную индукцию равной индукции в центре кругового тока.

Плоскость контура устанавливается перпендикулярно горизонтальной плоскости так, чтобы она совпала с направлением магнитной стрелки. Ток, протекающий по контуру, создает магнитное поле , действующее на магнитную стрелку и направленное перпендикулярно горизонтальной составляющей индукции поля Земли (рис. 4).

Под действием горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли и индукции поля контура стрелка устанавливается по направлению равнодействующей .

Из рис. 4 видно, что

В_к = В_Г tgφ (1)

Индукция магнитного поля контура в его центре равна

, (2)

где n – число витков контура, I – ток, протекающий в контуре (см. рис. 4), r – радиус контура.

Из (1) и (2) следует:

или . (3)

Следует помнить, что формула (3) является приближенной, т.е. верной только в том случае, когда размер магнитной стрелки много меньше радиуса контура r. Наименьшая ошибка при измерениях получается при углах отклонения стрелки ≈ 45⁰. Соответственно этому и устанавливается сила тока в катушке тангенс-гальванометра, который используется в данной работе.