Измерение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли при использовании тангенс-буссоли

Лабораторная работа № 38

Название работы

Измерение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли при использовании тангенс-буссоли.

Цель работы: Измерить горизонтальную составляющую индукции B0 магнитного поля Земли в г. Казани

Теоритическая часть:

      [pic 1]                      (4.1)      [pic 2].        (3.5)

Тангенс-буссоль представляет собой устройство, состоящее из N витков проволоки, намотанной на узкое кольцо из немагнитного материала. Концы проволоки присоединены к клеммам регулируемого источника тока, величина которого I измеряется миллиамперметром. В центре кольца помещен компас .

Изменяя величину и направление тока I, протекающего по проволоке, можно изменить величину и направление вектора индукции магнитного поля B1 в центре кольца (в центре кругового тока) . Модуль этого вектора определяется  уравнением (3.5). Если плоскость кругового тока совместить с плоскостью магнитного меридиана, то вектор индукции B1 будет направлен на восток (О) или запад (W) в зависимости от направления тока I.

Из уравнений (4.1) и (3.5) получим

[pic 3]                      (4.2)

Используемое оборудование: Тангенс-буссоль.

Схема установки:

[pic 4]

Краткое описание установки: Пусть плоский контур с током  помещается в однородное магнитное поле с индукцией B. По правилу буравчика выберем направление нормали n к плоскости контура (с конца вектора n ток I виден протекающим против часовой стрелки). Модуль единичного вектора n равен 1. При совпадении направлений векторов B и n (угол α между ними равен нулю) на контур вращающий момент М не действует. При возрастании угла α  возрастает вращающий момент, стремящийся уменьшить угол  α.. Опыты показали, что независимо от формы контура этот момент пропорционален модулю вектора B, произведению тока I  в контуре, площади контура S и sinα. Поэтому можно записать

М = – B·I·S·sinα  .

Величину                                                                                                                                                                              

pm = I·S                    (2.1).

называют магнитным моментом контура. Магнитный момент – величина векторная. Он по направлению совпадает с вектором n. Следовательно, из этих уравнений получим

pm=I⋅S⋅n,                                   (2.2)

М = –B·pm·sinα                              (2.3)

M= - [B,pm] = − [B, pm⋅ n].                   (2.4)

Магнитное поле полосового магнита и стрелки компаса определяется очень большим количеством круговых микротоков, нормали n к которым ориентированы параллельно друг к другу. Поэтому и для полосового постоянного магнита, и для стрелки компаса можно пользоваться уравнениями (2.3) и (2.4), В соответствии с ними стрелка компаса при отсутствии трения в опоре устанавливается вдоль магнитного меридиана Земли, а плоскость рамки с током стремится установиться перпендикулярно вектору B.

Рабочие формулы: [pic 5]