Магнитометрическая установка (рис. 2), состоит из длинного соленоида (1) (длина l = 19,6см, число витков N = 170, диаметр по средней линии проволоки d = 1,8см) с ферромагнитным сердечником и установленной на продолжении (а = 23,5см) оси соленоида магнитной стрелки (компаса) (2).
Установку располагают на столе так, чтобы при размагниченном сердечнике стрелка компаса была перпендикулярна оси соленоида.
Если бы в соленоиде не было сердечника, то магнитное поле постоянного тока, текущего по обмотке, создало бы в точке пересечения оси соленоида и магнитной стрелки компаса только слабое магнитное поле. Но поскольку внутренний объем соленоида заполнен ферромагнетиком, то создается такое поле, что стрелка компаса отклоняется на угол
от начального направления север - юг. При этом на стрелку, имеющую магнитный момент
будут действовать, уравновешивая друг друга, два механических вращающих момента: 1) со стороны земного магнитного поля
, где
А/м - горизонтальная составляющая напряженности земного поля; 2) со стороны поля, созданного намагниченным сердечником
, где
— индукция магнитного поля сердечника в исследуемой точке поля. При равновесии
, откуда
.
Величину выражают через индукцию
поля внутри сердечника. Соленоид можно представить как магнитный диполь, в котором условные магнитные заряды
и
отстоят на
. В исследуемой точке поля эти два заряда создадут общую напряженность (по закону Кулона для "магнитных зарядов"):
. Так как расстояние
от середины соленоида до исследуемой точки поля, значительно превосходит длину соленоида
:
,
- магнитный момент соленоида с сердечником.
С другой стороны магнитный момент соленоида с сердечником можно представить складывающимся из магнитных моментов
отдельных витков и усиленным в
раз благодаря наличию сердечника:
. Тогда
, и из условия равновесия стрелки находится индукция поля внутри сердечника:
. Итак, для поля внутри сердечника
,
.
На передней панели макета (рис. 3) установлены следующие элементы управления: стрелочный прибор миллиамперметр, потенциометр «СИЛА ТОКА», тумблеры «ПОСТ-ПЕРЕМ» и «ПОЛЯРНОСТЬ».
Миллиамперметр измеряет силу постоянного или переменного тока протекающего через соленоид магнитометрической установки. Потенциометр «СИЛА ТОКА» позволяет регулировать этот ток в пределах от 0 до некоторого максимального значения. Тумблером «ПОСТ-ПЕРЕМ» осуществляется переключение вида тока (постоянный, переменный), протекающего через соленоид, а тумблером «ПОЛЯРНОСТЬ» производится выбор направления протекания постоянного тока.