Упражнения

Необходимо проделать 2 варианта определения горизонтальной составляющей магнитного поля.

ПЕРВЫЙ ВАРИАНТ

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Собрать электрическую цепь лабораторной установки по схеме (рис. 6.).

Рис. 6.

Источ­ником напряжения служит выпрямитель «РСН-18». С помощью

пере­ключателя «П-308» изменяют направление тока, текущего через тангенс-гальванометр .

Экспериментальная установка состоит из катушки большого радиуса (R=0,25 м), имеющей несколько отводов для подключения разного числа витков и укрепленной на подставке. В центре катушки при помощи пластилина крепится буссоль, в которой на вертикальной оси подвешена магнитная стрелка, на которую сверху наклеен легкий алюминиевый круг (лимб) с делениями так, что северный конец стрелки направлен в точку лимба, отмеченную буквой С. Стрелка с лимбом может свободно вращаться вокруг оси внутри коробки с прозрачной крышкой. С одной стороны коробки приклеена призма полного отражения и лупа, через которую можно наблюдать оцифровку лимба. На диаметрально противоположной стороне коробки укреплена стойка с тонкой нитью, которую видит наблюдатель через щель. Отсчет по прибору - это деление лимба, которое совпадает в окуляре (лупе) с нитью. Плоскость витков перпендикулярна поверхности Земли. Стрелка буссоли и, соответственно, лимб должны быть строго горизонтальными, чего добиваются правильным закреплением буссоли на подставке с помощью пластилина.

Существует серийно изготавливаемый прибор аналогичной конструкции, называемый тангенс-гальванометром. Он позволяет не только определять горизонтальную составляющую магнитного поля Земли, но и наоборот, по известной какой-либо независимо измеренной напряженности магнитного поля Земли определять напряженность магнитного поля, создаваемого витками с током, и по ней рассчитывать значение протекающего тока. При таких измерениях определение силы протекающего тока не основывается на сравнении с какими-либо эталонами тока или напряжения и является абсолютным, т.е. непосредственно связывает ток с основными единицами системы СГСМ.

2. Установить так, чтобы плоскость витков катушки совпадала с плос­костью магнитного меридиана, т.е. чтобы магнитная стрелка расположи­лась в плоскости витков катушки, указывая при этом на N и S.

3. Ручку регулятора напряжения-тока () расположенную на панели выпрямителя вывести в крайнее ле­вое положение. Включить выпрямитель и поставить переключатель П-308 в положение I или II. Ручкой регулятора напряжение-ток установить ток в цепи . зафиксировать угол отклонения магнитной стрелки. Переключатель П-308 установить в другое положение и также зафиксировать угол отклонения стрелки. Это необходимо для нахождения среднеариф­метического значения угла отклонения магнитной стрелки, т. к. всегда имеется неточность в установлении витков в плоскости магнитного меридиана.

4. Выполнить пункт 3 при значениях тока и .

5. Подключив к цепи 48, а в последующей серии измерений 94 витка, снова проделайте измерения по п.п. 3-4.

6. Результаты измерений занести в таблицу:

ФОРМА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ И РАСЧЕТОВ

№	n				
1	24	0.005
		0,01
		0,015
2	48	0.005
		0,01
		0,015
3	94	0.005
		0,01
		0,015

При каждом значении тока определить горизонтальную составляющую маг­нитного поля Земли по формуле:

_, (4)

т. к. в системе СИ коэффициент пропорциональности в формуле (2) равен .

7. Найти среднеарифметическое значение.

8. Вычислить погрешность вычисления при каждом значении тока:

_, (5)

и затем среднее значение .

9. Записать окончательно результат работы в виде:

_. (6)

ВТОРОЙ ВАРИАНТ

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Соберите электрическую схему, включив в схему 24 витка.

2. До включения питания проверьте горизонтальность расположения буссоли и снимите контрольный отсчет исходного положения лимба (стрелки) буссоли относительно визирной нити с точностью отсчета (0,1 наименьшего деления шкалы).

3. Включите источник питания в сеть 220 В.

4. Включив ключ пере­ключателя «П-308» в положение 1, подайте напряжение (наличие его в цепи можно обнаружить по отклонению стрелки милливольтметра) и с помощью ручки регулятора тока напряжения установите наименьший ток, значение которого может быть измерено с точностью не хуже 5% (с учетом класса точности милливольтметра). Ручка регулятора тока позволяет установить стрелку милливольтметра строго на целочисленное значение напряжения (при наблюдении шкалы милливольтметра глаз располагайте так, чтобы стрелка закрывало свое отражение в зеркале шкалы - этим устраняется ошибка, обусловленная параллаксом).

5. Поставьте ключ пере­ключателя «П-308» в среднее положение, чтобы цепь была разорвана. Лимб буссоли начнет вращаться в исходное положение. Для устранения влияния трения в оси стрелки слегка постукивайте пальцами по основанию буссоли до тех пор, пока колебания лимба не затухнут. Такие постукивания нужны при каждом переходе лимба в новое равновесное положение. Снимите отсчет и занесите в таблицу.

6. Включите ключ пере­ключателя «П-308» в 1-е положение и, постукивая по основанию буссоли, дождитесь затухания колебаний лимба, снимите отсчет нового положения лимба буссоли относительно визирной нити и занесите его в таблицу.

7. Снова разорвите цепь ключом пере­ключателя «П-308» и снимите отсчет .

8. Перекиньте ключ пере­ключателя «П-308» в положение 2 и снимите отсчет .

9. Проделайте измерения по п.п. 6-9 несколько раз при одной и той же силе тока в цепи. Рассчитайте среднее значение для установленной силы тока и границы доверительных интервалов (погрешности) . Число и качество проведенных измерений должны обеспечить .

10. Удвойте силу тока в цепи и проделайте измерения по п.п. 5-10. Утройте первоначальную силу тока и снова проделайте измерения по п.п.5-10.

11. Подключив к цепи 48, а в последующей серии измерений 94 витка, снова проделайте измерения по п.п. 4-11.

12. Полученные средние (для данного значения тока при одном и том же числе витков) значения используйте для расчета при каждом значении силы тока и для всех трех значений n (числа витков). Вычислите среднеарифметическое значение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли (7) и оцените погрешность (8).

ФОРМА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ И РАСЧЕТОВ

0	'1	0	'2
				n = 24 I =
0	'1	0	'2
				n=48 I =
0	'1	0	'2
				n=96 I =