Определение напряженности магнитного поля при помощи земного индуктора. Общие сведения

постоянная баллистического гальванометра по заряду. Электрический заряд Dq, прошедший по цепи катушки, а, следовательно, и через баллистический гальванометр,

.

Таким образом, можно записать

,                                             (2)

где c₀ ºc×R - постоянная гальванометра по магнитному потоку, определяемая экспериментально.

Приравняв выражения (I) и (2), получим

,  и                                        (3)

Аналогично определяется вертикальная составляющая магнитного поля Земли H_в.

Порядок выполнения эксперимента

Принципиальная и монтажная схемы размещены на задней и передней панелях лабораторного модуля соответственно. Работа состоит из трех этапов: определение баллистической постоянной гальванометра, горизонтальной и вертикальной составляющих вектора магнитного поля Земли.

Для записи измерений подготовим следующую таблицу:

                                                                                                 Таблица 1

1. Определение c₀.

1) поставьте переключатель П в положение «1» или «2» по собственному выбору;

2) убедитесь, что зайчик на шкале гальванометра установлен на отметке «0»;

3) нажмите кнопку К и не отпускайте ее, пока зайчик на шкале гальванометре не достигнет максимального отклонения d₀; зафиксируйте значение d₀ и запишите его в таблицу;

4) повторите измерения d₀ еще 9 раз с интервалом между измерениями не менее 30 секунд. (Это время необходимо для возвращения зайчика гальванометра в исходное положение.)

 2. Определение H_г.

Установите плоскость каркаса земного индуктора вдоль магнитного меридиана. Затем закрепите катушку земного индуктора с помощью специального винта, находящегося на верхней планке прямоугольного каркаса.

Убедившись, что зайчик на шкале гальванометра находится на отметке «0», поверните рукой корпус земного индуктора на 90⁰ вокруг вертикальной оси и запишите максимальное отклонение зайчика гальванометра d_г в таблицу. Возвратите индуктор в прежнее положение и повторите измерения d_г еще 9 раз с тем же интервалом в 30 секунд  между измерениями.

3. Определение H_в.

Установите земной индуктор в исходное положение, т.е. так, чтобы плоскость прямоугольного каркаса была  параллельна линии магнитного меридиана, и освободите катушку, получив тем самым возможность вращать ее независимо от прямоугольного каркаса.

Убедившись, что зайчик на шкале гальванометра находится на отметке «0», поверните катушку индуктора вокруг горизонтальной оси на 90° и запишите максимальное отклонение зайчика d_в в таблицу. Возвратите катушку индуктора в исходное положение. Повторите d_в еще 9 раз с интервалом не менее 30 секунд.

Обработка результатов измерений

Эта часть работы также выполняется в три этапа.

I. Вычисление c₀. Постоянную гальванометра по магнитному потоку c₀ вычисляем по формуле

_,                                                                                             (4)

где K - коэффициент, учитывающий геометрию катушек L1 и L2, их взаимное расположение, материал сердечника катушек, K=(1,8±0,1)10^-1 Гн;

U - напряжение источника питания схемы, U=8,0±0,1 В,

R - активное сопротивление в контуре с катушкой, в положениях переключателя «1» и «2» R равно соответственно 750±20 и 1200±20 Ом;

d₀ - среднее значение отклонения зайчика по данным измерений,   

                                        ;         

d_0i - отклонение зайчика в i-м опыте; n - число опытов.

Для вычисления среднеквадратичной погрешности величины c₀ определяют предварительно погрешность d₀.  В общем случае

,                                                    (5)

где  - приборная погрешность, принять  = 1дел. шкалы гальванометра,  - случайная сшибка измерения, определяемая соотношением

,                                                             (6)

где t(n,P) – коэффициент Стьюдента, а s_d - среднеквадратическая погрешность, определяемая соотношением:

.                                                            (7)

Таким образом,

.                                                               (8)

Из формулы (4) выведем формулу для расчета  среднеквадратичной погрешности c₀, считая погрешность D=s:

,

а окончательный результат     

2. Вычисление H_г. Согласно формуле (3)   H_г пропорциональна , среднеарифметическому отклонению зайчика гальванометра

,

d_гi - отклонение зайчика в i-м опыте; n-число опытов.

Считаем, что величины m₀, m, S, N заданы абсолютно точно