Описание экспериментальной установки. Рассмотрим круговой проводник из N витков, прилегающих достаточно плотно друг к другу, расположенных вертикально в плоскости магнитного меридиана

Рассмотрим круговой проводник из N витков, прилегающих достаточно плотно друг к другу, расположенных вертикально в плоскости магнитного меридиана. В центре кругового проводни­ка помещена магнитная стрелка, вращающаяся вокруг вертикаль­ной оси. Если по катушке пропустить ток I, то возникает магнит­ное поле с напряженностью , направленное перпендикулярно к плоскости катушки. Таким образом, на стрелку будут действо­вать два перпендикулярных магнитных поля: магнитное поле Земли и магнитное поле кругового тока. Напряженности обоих полей взаим­но перпендикулярны. На рис. 4 изображено сечение катушки гори­зонтальной плоскостью. Здесь - вектор напряженности поля, созданного круговым током, - горизонтальная составляющая магнитного поля Земли.

Стрелка установится по на­правлению равнодействую­щей , диагонали параллелограмма, сторона­ми которого будут вектор напряженности магнитного поля кругового тока и .

Из геометрии рис. 4 следует: . С другой сторо­ны, напряженность магнитного поля в центре катушки тангенс - гальванометра равна , тогда:

.

Для данного места Земли и для данного прибора величина

,

является постоянной и называется постоянной тангенс - гальва­нометра, или:

,

можно увидеть, что постоянная С численно равна току, который протекает по виткам, когда угол отклонения стрелки равен 45°.

Горизонтальную составляющую магнитного поля Зем­ли можно представить:

.

Таким образом, круговой проводник с магнитной стрелкой в центре может быть использован для измерения силы тока, те­кущего по цепи. Для этого необходимо выполнение следующего условия: магнитную стрелку следует брать очень малых размеров по сравнению с радиусами витков, так как формула для напряженности магнитного поля в центре кругового тока тангенс - гальванометра пригодна только для точки, находящейся в центре катушки. Прибор, основанный на вышеописанном принципе, носит название тан­генс - гальванометра.

Тангенс - гальванометр, используемый в данной работе, состоит из катушки, укрепленной на корпусе макета и способной поворачиваться вокруг вертикальной оси. Катушка имеет радиус R = 15см и содержит N = 30 витков провода. В центре катушки расположена магнитная стрел­ка (компас).

На передней панели макета (рис. 5) находится стрелочный прибор миллиамперметр и клеммы «+, -». Элементами управления являются потенциометр «ТОК», тумблер «ПОЛЯРНОСТЬ».

Стрелочный прибор предназначен для измерения силы постоянного тока, протекающего через катушку тангенс – гальванометра. Потенциометр «ТОК», позволяет регулировать этот ток в пределах от 0 до некоторого значения. Тумблером «ПОЛЯРНОСТЬ», имеющим три фиксированных положения, производится переключение направления тока через катушку (два крайних положения 1 и 2). В среднем положении (выкл.) тумблера «ПОЛЯРНОСТЬ» цепь катушки оказывается разорванной, что исключает протекание тока через неё при любом положении потенциометра «ТОК». Через клеммы «+, -» производится подключение макета к внешнему источнику постоянного тока напряжением 5 В и током нагрузки до 500 мА.