1. Опис експериментальної установки та методу дослідження

Земля є величезним кульовим магнітом. Північний магнітний полюс Nзнаходиться поблизу Південного географічного полюса, а південний магнітний полюсS– поблизу Північного географічного полюса.

Якщо підвісити магнітну стрілку на нитці, то вона встановиться так, що її вісь буде дотичною до силової лінії магнітного поля Землі. При цьому стрілка у загальному випадку не буде орієнтована горизонтально. Це означає, що вектор індукції магнітного поля Землі має дві складові: горизонтальну і вертикальну. Коли ж магнітна стрілка може вільно обертатися лише навколо вертикальної осі (наприклад, у компасі), то вона буде показувати лише напрямок горизонтальної складової магнітного поля Землі . Вертикальна площина, в якій міститься стрілка, називається площиною магнітного меридіана. Магнітні полюси не збігаються з географічними. Тому магнітний меридіан не у загальному випадку збігається з географічним.

Схема експериментальної установки, за допомогою якої можна визначити горизонтальну складову магнітного поля Землі, наведена на рис. 4.2.1.

Як бачимо, до джерела живлення послідовно підключено міліамперметр, ключ К, перемикач зміни полярності підключення тангенс-гальванометраП, тангенс-гальванометрG, реостат R (рис.4.2.1). Основним приладом цієї установки є тангенс-гальванометрG. Розглянемо принцип його роботи.

Принцип роботи тангенс-гальванометра. Тангенс-гальванометр складається з вузької котушки великого діаметра, у центрі якої міститься компас. Вісь обертання стрілки компаса лежить у площині котушки. Сама площина котушки розташована вертикально ідо початку вимірювань розміщується за допомогою компаса у площині магнітного меридіана (стрілка компаса повинна знаходитись у площині котушки). Якщо по котушціGпропустити електричний струмI, то це спричинить появу магнітного поля з індукцією, яке буде спрямоване перпендикулярно до площини котушки.

Рисунок 4.2.1 – Схема установки

У цьому разі на стрілку діятиме результуюче магнітне поле , що складається з горизонтальної складової магнітного поля Земліта магнітного поля електричного струму тангенс-гальванометра. Індукції обох полів взаємно перпендикулярні (рис.4.2.2). З рис.4.2.2 неважко одержати

. (4.2.1)

Використаємо формулу для індукції в центрі кругового витка зі струмом:

, (4.2.2)

де N– кількість витків котушкиG;r– її радіус. Тоді, використовуючи (4.2.1), отримаємо

. (4.2.3)

За допомогою формули (4.2.3), експериментально визначивши кут β та силу струмуI, можемо розрахувати горизонтальну складову індукції магнітного поля Землі.

Рисунок 4.2.2 – Магнітні поля в центрі тангенс-гальванометра:– вектор індукції поля, створеного коловим струмом в центрі котушки;– горизонтальна складова індукції магнітного поля Землі; магнітна стрілка встановлюється вздовж напрямку результуючої індукції магнітного поля; β – кут між віссю магнітної стрілки та вертикальною площиною тангенс-гальванометра

2. Порядок виконання роботи

1 Записати в табл. 4.2.1 параметри лабораторної установки:– радіус тангенс-гальванометра,– похибку вимірювання радіуса тангенс-гальванометра,– кількість витків тангенс-гальванометра,– похибку приладу для вимірювання сили струму,– похибку вимірювання кута.

2 Зібрати установку за схемою, що зображена на рис. 4.2.1. За допомогою компаса виставити площину котушки тангенс-гальванометра так, щоб вона збігалася із площиною магнітного меридіана Землі. Після дозволу викладача увімкнути систему живлення установки.

3 За допомогою реостата встановити таку силу електричного струму, щоб кут відхилення магнітної стрілки був близьким до 45. У цьому разі похибка вимірювання буде мінімальною. Виміряти кути відхилення стрілки вліво і вправо (для цього переключити перемикач П (рис.4.2.1)). Виміряти силу електричного струму. Електричний струм в обох положеннях перемикача П має мати одне і те саме значення. Результати вимірювань записати у табл.4.2.2.

Таблиця 4.2.1

Параметр	Значення

4 За допомогою реостата змінити силу струму. Провести вимірювання, аналогічні описаним у п. 2. Експерименти з різними стумами у тангенс-гальванометрі виконати п’ять разів. Результати вимірювань записати у табл. 4.2.2.

Таблиця 4.2.2

Номер досл. (i)		I, мA	Кути відхилення стрілки, °					, Тл		,Тл
			βлів			βправ	βсер
1
2
3
4
5

5 Вимкнути систему живлення установки.

6 Для кожного досліду визначити ,, за допомогою формули (4.2.3) обчислити горизонтальну складову магнітного поля Землі. Результати записати у табл.4.2.2.

7 Використовуючи формулу

ΔB_0i, (4.2.4)

обчислити для кожного досліду похибку вимірювань горизонтальної складової магнітного поля Землі. Взяти до уваги, що у цій формулі кути тавимірюються у радіанах. Результат обчислень записати у табл.4.2.2.

8 За результатами роботи зробити висновки, в яких навести результати вимірювань горизонтальної складової індукції магнітного поля Землі у вигляді для кожного досліду. З’ясувати, чи перекриваються довірчі інтервали горизонтальної складової індукції магнітного поля Землі для різних дослідів.