Измерение индукции магнитного поля Земли

1. Установите плоскость катушки тангенс–гальванометра параллельно стрелке. Поверните шкалу так, чтобы стрелка указывала на нуль шкалы.

2. Замкнув ключ К₁ подберите реостатом такой ток в катушке, чтобы угол отклонения стрелки a₁ был равен 10⁰.

3. Измените направление тока переключателем К₂, снова отсчитайте отклонение a₂. Возьмите среднее значение отклонений:

4. Запишите значения угла поворота стрелки и силы тока в таблицу 1.

5. Аналогичные измерения проделайте для других углов поворота стрелки: 20⁰, 30⁰, …, 60⁰. Результаты измерений занесите в таблицу 1.

6. Вычислите по формуле поле катушки В_к для каждого значения тока I.

7. Вычислите горизонтальную составляющую магнитного поля Земли В_г для каждого значения В_к.

8. Найдите среднее значение В_г, абсолютную и относительную ошибки измерений В_г.

Таблица 1

№ п/п	I (А)	Вк (Тл)	a1	a2			Вг (Тл)

Измерение намагниченности постоянного магнита

Известно, что круговой виток радиуса R, по которому течет ток I, создает на своей оси на расстоянии x от центра магнитное поле, индукция которого равна:

(1)

Это соотношение можно записать в другом виде, обозначив магнитный момент контура p R²I через m:

(2).

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 (2). Но для постоянного магнита

m = J×V,

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

Установите постоянный магнит на расстоянии 1 м от катушки, расположив его на оси тангенс–гальванометра в плоскости витков катушки (см. рис. 4). Подберите реостатом такой ток I в катушке тангенс – гальванометра, чтобы угол поворота стрелки составил 45⁰. Запишите значение тока в таблицу 2.

Таблица 2

R = (м)

№ п/п	x (м)	I (А)	x2+R2	ln(x2+R2)	ln(I)

Передвиньте магнит ближе к катушке тангенс–гальванометра, установив расстояние 90 см. Увеличьте ток до такого значения, чтобы угол поворота стрелки вновь составил 45⁰. Запишите значение тока в таблицу 2.

Рис. 4

Повторите эти действия, уменьшая последовательно расстояние между магнитом и катушкой каждый раз на 10 см, до тех пор, пока это расстояние не составит 0,5 м.

Поскольку вы при измерениях поддерживали значение угла поворота стрелки равным 45⁰, то тем самым индукция поля, созданного током катушки В_к, была все время равной индукции поля В_х, созданной магнитом в ее центре.

Убедитесь, что индукция поля постоянного магнита убывает при удалении от него в соответствии с (1). Для этого по результатам ваших измерений постройте на миллиметровке график зависимости ln I отln(x ²+ R ²). Угловой коэффициент наклона графика должен быть тогда равным –3/2.

Измерив диаметр и толщину магнита, найдите намагниченность постоянного магнита.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Напишите формулу Био – Савара – Лапласа.

2. Выведите формулу (1).

3. Что называется индукцией магнитного поля?

4. Как связаны индукция, напряженность и намагниченность в веществе?

5. Найдите силу взаимодействия двух коротких постоянных магнитов, зная их магнитные моменты. Магниты расположены на большом, по сравнению с их размерами, расстоянии, их магнитные моменты ориентированы вдоль прямой, на которой расположены магниты.