3.3. Описание экспериментальной установки

Общий вид экспериментальной установки изображен на рис. 7. Два контура Гельмгольца представляют собой две кольцевые катушки по N витков каждая. Витки расположены в параллельных плоскостях с общей осью симметрии. Расстояние между катушками равно радиусу R витка.

Рис. 7. Экспериментальная установка для определения элементов магнитного поля Земли.

При выполнении работы плоскости контуров располагают таким образом, чтобы кольцевые проводники (1) находились в плоскости магнитного меридиана Земли. Питание контуров, соединенных последовательно, осуществляется от универсального источника постоянного тока (2). Значения тока можно изменять с помощью реостата (3). Величина тока контролируется цифровым мультиметром (4), работающим в режиме амперметра. Изменяя величину тока в катушках Гельмгольца, можно изменять величину внешнего магнитного поля катушек, которое пропорционально силе тока.

Для магнитной индукции на оси кольцевого тока имеем

(5),

где R – радиус кольцевого проводника, a – расстояние от центра кольца до исследуемой точки поля, лежащей на оси контура, I – сила тока.

Для катушки Гельмгольца в точке, расположенной на расстоянии a=R/2

(6),

где N – число витков катушки.

Для двух катушек Гельмгольца, соединенных последовательно, магнитная индукция в этой точке

(7),

Или

(8),

где – магнитный момент катушки.

Магнитное поле, создаваемое катушками Гельмгольца, накладывается на магнитное поле Земли. Суперпозиция полей дает вектор результирующего магнитного поля (рис. 8)

Р ис.8

Соответственно стрелка магнетометра отклонится на угол α от магнитного меридиана и покажет направление вектора . Из рис. 8 следует, что

(9)

Имея в виду (7) и (8), окончательно получаем:

(10)

Или

(11).

3.4. Порядок выполнения работы

При выполнении работы необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.

1. Осторожно вращая основание магнетометра вокруг оси симметрии, установить положение дугообразной шкалы так, чтобы стрелка в этом положении имела нулевой отсчет. Нулевое положение стрелки соответствует ее положению в плоскости магнитного меридиана.

2. Повернуть установку колец Гельмгольца так, чтобы плоскости обеих катушек оказались приблизительно параллельны направлению магнитного меридиана, т.е. направлению стрелки магнетометра.

3. Движок реостата установить в крайнее левое положение. Включить универсальный блок питания и после пятиминутного прогрева, необходимого для выхода прибора на стационарный режим работы, приступить к выполнению измерений.

4. Для этого при прямом токе провести серию измерений угла отклонения стрелки магнетометра α как функцию силы тока, меняя величину тока от 0 до 0,16 А с шагом 0,02 А.

5. Повторить аналогичную серию измерений при обратном токе.

Результаты измерений и вычислений оформить в виде таблицы 1.

Таблица 1.

J,А	N	R, м	P, А⋅м2	BC	+α	-α	<α>	tg<α>	BЗ. ГОР, Тл	<BЗ.> ГОР, Тл
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16

6. Вычислить для каждого значения силы тока <α>, P_m, B_C в центре магнетометра и по формуле (10) соответствующее B_{З. ГОР}. Найти среднее значение горизонтальной составляющей магнитной индукции Земли < B_З.> _ГОР.

7. Для любого одного результата (например, при токе I=0,1А) определить абсолютную погрешность измерения ΔB_{З. ГОР}. При этом в качестве погрешностей измерений величин I, R и α взять приборные ошибки, т.е. ΔI=δ_I=0,005А; ΔR=δ_R=10^-3 м; Δα=δ_α=1⁰.