Описание экспериментальной установки. Тангенс-гальванометр представляет собой плоскую вертикальную катушку радиуса R с некоторым числом витков N

И методики измерений

 

Тангенс-гальванометр представляет собой плоскую вертикальную катушку радиуса R с некоторым числом витков N, в центре которой в горизонтальной плоскости расположена короткая магнитная стрелка (компас). Конец стрелки может перемещаться по шкале, разделённой на градусы. Магнитная стрелка при отсутствии тока в катушке будет расположена по магнитному меридиану Земли. Поворотом вокруг вертикальной оси можно добиться совмещения плоскости катушки с плоскостью магнитного меридиана; в этом случае стрелка компаса находится в плоскости катушки. После такой установки катушки пропускают по ней ток, в результате чего магнитная стрелка повернётся на некоторый угол . Объясняется это тем, что на магнитную стрелку будут действовать два поля: горизонтальная составляющая магнитного поля Земли и поле , созданное током. Под действием этих полей магнитная стрелка займёт такое положение равновесия, при котором равнодействующая двух полей будет совпадать с линией, полюса магнитной стрелки ns.

NS – направление магнитного меридиана земли; а и б – сечения витка катушки горизонтальной плоскостью; ns – магнитная стрелка, помещённая в центре катушки; – вектор горизонтальной составляющей индукции поля Земли; – вектор индукции магнитного поля, созданного током.

 

, следовательно,

 

. (1)

 

Величина индукции поля. Созданного током в центре катушки, рассчитывается по закону Био – Савара – Лапласа:

 

,

 

где I – сила тока, текущего в витке; R – радиус витка; N – число витков; – магнитная постоянная, равная .

Подставляя в формулу (1) получим

 

, (2)

 

Этой формулой пользуются для опытного определения . Кроме того, из выражения (2) можно получить

 

. (3)

 

Анализ формулы (3) показывает, что сила тока в катушке пропорциональна тангенсу угла отклонения магнитной стрелки от горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля Земли. Таким образом, этот прибор может служить также для измерения силы тока. В формуле (3) множитель

 

 

является постоянным для данного прибора, его называют переводным множителем тангенс-гальванометра. Таким образом, формулу (3) можно переписать так:

 

. (4)

 

Отсюда следует, что постоянная численно равна тому току, который протекает по виткам, когда угол отклонения стрелки равен . Для производства измерений пользуются схемой, где введены следующие обозначения: ТГ – тангенс-гальванометр, R – реостат, А – амперметр, П – переключатель.

Из выражений (3) и (4) получаем

 

. (5)

 

 

Порядок выполнения работы

1. Собрать цепь по схеме рис. 10.5 и установить плоскость катушки в плоскости магнитного меридиана Земли.

2. Включив полностью реостат R, присоединить собранную цепь к зажимам источника постоянного напряжения. Задать не­обходимую силу тока в катушке реостатом. Дождаться, когда магнитная стрелка придет в равновесие. Отсчитать углы α^’₁ и α^’₂ по обоим концам стрелки для уничтожения эксцентриситета стрелки (несовпадение оси стрелки с центром шкалы) и записать в таблицу наблюдения (табл. 10.1) уже средние из этих значений:

. Измерить силу тока по амперметру А.

 

3. Не меняя силы тока, изменить его направление переклю­чателем П и измерить величину α " опять по обоим концам стрелки. Переключение направления тока необходимо произво­дить для уничтожения возможной ошибки из-за неточной уста­новки плоскости катушки в плоскости магнитного меридиана.

4. Повторить опыт не менее 10 раз при различных силах тока. Сила тока может регулироваться изменением сопротивле­ния реостата R.

5. Результаты измерений ипостоянные величины занести в таблицу (табл. 10.1).

Таблица 10.1

Номер Измер.	I, A	, град	", град	, град	tg	N Вит.	R, см	µ0 Гн/м	B0, Тл	С, А

 

6. Выписать ошибки прямых измерений и физических кон­стант.

7. Построить график I=f (tgα).

8. По графику найти значение С и но формуле (5) вычис­лить Во.

Значение α берется равным среднему арифметическом α^/₁ и α^/₂: