Опис експериментальної установки та методу дослідження

Земля є величезним кульовим магнітом. Північний магнітний полюс N знаходиться поблизу Південного географічного полюса, а південний магнітний полюс S – 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-гальванометра П, тангенс-гальванометр G, реостат R (рис. 4.2.1). Основним приладом цієї установки є тангенс-гальванометр G. 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 і до початку вимірювань розміщується за допомогою компаса у площині магнітного меридіана (стрілка компаса повинна знаходитись у площині котушки). Якщо по котушці G пропустити електричний струм I, 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 Землі та 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 котушки G; r – її радіус. Тоді, використовуючи (4.2.1), отримаємо

. (4.2.3)

За допомогою формули (4.2.3), експериментально визначивши кут β та силу струму I,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