Описание экспериментальной установки. Cоотношение (7. 5) можно записать в другом виде, обозначив через m магнитный момент контура m=pr2i:

 

 

Cоотношение (7.5) можно записать в другом виде, обозначив через m магнитный момент контура m =pR²I:

(7.9)

Если теперь рассмотреть вместо кругового витка с током короткий постоянный цилиндрический магнит радиуса R, магнитный момент которого равен m, то поле, созданное этим магнитом будет определяться тем же соотношением (7.9). Но для постоянного магнита

m =J×V, (7.10)

где J и V – намагниченность и, соответственно, объем магнита. Таким образом, измерив магнитное поле на оси магнита, мы можем определить его намагниченность J.

Наиболее простой способ измерения магнитного поля – сравнение его с известным полем. В данной работе определение магнитного поля производится при помощи прибора, называемого тангенс – гальванометром. Тангенс – гальванометр представляет собой катушку из нескольких витков медной проволоки, в центре которой расположена магнитная стрелка и круговая шкала с градусными делениями. Эта шкала служит для отсчёта отклонения магнитной стрелки. Если по катушке тангенс – гальванометра пропустить электрический ток, то магнитная стрелка, находящаяся в центре прибора, повернется перпендикулярно плоскости витков. Если при этом параллельно плоскости витков тангенс – гальванометра направить еще и искомое магнитное поле H _x, то на стрелку будет действовать магнитное поле H _к тока, текущего через витки катушки тангенс – гальванометра и искомое магнитное поле H _x. Стрелка тогда повернется на угол a по направлению равнодействующего поля H_р= H _x + H _к (Рис. 7.3) и тангенс угла поворота стрелки выразится тогда следующим образом:

Согласно (7.6), в центре кругового тока напряженность магнитного поля равна:

,

где I – сила тока в амперах, R – радиус витка в метрах. Если имеется небольшое число витков N, то напряженность в центре такой катушки (предполагается, что R»h, где h – ширина катушки с N витками) равна:

Отсюда

(7.11)

Полученное соотношение и устанавливает связь величины искомого магнитного поля H_x с параметрами катушки и углом поворота стрелки тангенс–гальванометра.

Изложенную методику можно применить к измерению магнитного поля Земли. Известно, что земной шар представляет собой своеобразный магнит и имеет, наряду с географическими полюсами, северный и южный магнитные полюсы.

Магнитные полюсы не совпадают с географическими и с течением времени изменяют свое положение (за 300 – 400 лет изменение широты исчисляется несколькими градусами, а долготы – десятками градусов). Напряженность магнитного поля Земли H - величина векторная, составляющая в различных точках Земли различные углы с горизонтом, 0⁰ – на экваторе и 90⁰ на полюсе, в остальных местах этот угол колеблется между 0⁰ и 90⁰. Напряженность магнитного поля Земли, как и всякую векторную величину можно разложить на две составляющие: горизонтальную H_г и вертикальную H_в. Горизонтальная составляющая почти всегда направлена под некоторым углом к направлению географического меридиана (этот угол различен в разных точках земной поверхности и называется магнитным склонением).

При измерении магнитного поля Земли необходимо иметь в виду, что поле это очень слабое и поэтому ток в катушке тангенс–гальванометра тоже должен быть слабым.

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

Схема установки показана на рис. 7.5. На схеме использованы обозначения:

ТГ – тангенс гальванометр, Е – источник постоянного тока, А – амперметр, R – реостат, К₁ – ключ для замыкания цепи или тумблер источника тока, К₂ – ключ для изменения направления тока на обратное

Измерение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли

Установите плоскость катушки тангенс–гальванометра параллельно стрелке. Замкнув ключ К₁, подберите реостатом такой ток в катушке, чтобы угол отклонения стрелки a₁ был близок к 30⁰. Измените направление тока переключателем К₂, снова отсчитайте отклонение a₂. Запишите значения углов поворота стрелки и силы тока в таблицу 7.1. Аналогичные измерения проделайте для других углов поворота стрелки близких к 40⁰, 50⁰, 60⁰. Результаты измерений занесите в таблицу 7.1. Среднее значение углов:

Значения искомого магнитного поля определяются согласно соотношению (7.11). Найдите абсолютную и относительную ошибки измерений H_г.

Таблица 7.1 – Измерение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли

№ п/п	I	a1	a2			Нг