ИЗМЕРИТЕЛЬ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

ЮТ Для умелых рук 1974 №2

Кто не видел, как магнитная стрелка компаса, качнувшись несколько раз из стороны в сторону, устанавливается таким образом, что ее концы точно указывают магнитные полюса? Это магнитное поле Земли заставляет ее выстраиваться вдоль своих силовых линий, указывая тем самым их направление. Однако точное количественное измерение земного магнитного поля и но сей день малодоступно. На специальных судах, сделанных из ненамагничивающихся материалов, ученые отплывают в открытый океан - туда, где магнитное поле Земли меньше всего искажено окружающими металлическими предметами или природными залежами руды, чтобы провести точные измерения. И все же приблизительное определение значения напряженности земного магнитного поля можно выполнить прямо на уроке, не выходя из класса. Для этого нужно сделать прибор, который сконструировали ребята из школы № 7 города Вильнюса.

magnetic field

Прибор довольно прост (см. рисунок). На легкой рамке из алюминия размером 12,0x16,0 мм, установленной на оси с малым трением (попросту на двух иголках), намотано n=100 витков изолированного провода диаметром 0,1 мм. Концы обмотки припаяны к двум скобам, закрепленным на рамке и изолированным от нее. К этим же скобам припаяны начала спиральных

пружинок. К рамке жестко прикреплена стрелка, показывающая на шкале с делениями в градусах угол отклонения рамки от первоначального положения равновесия. Конец верхней пружинки припаян к поводку корректора, который может вращаться вокруг оси, установленной в скобе. Скоба прикреплена к шкале из оргстекла с градусными делениями. При повороте корректора закручивается или раскручивается пружинка, благодаря чему поворачивается рамка со стрелкой, что позволяет установить стрелку на ноль угла отсчета. Для прибора изготавливается коробка из оргстекла или других материалов, у которых магнитная проницаемость близка к единице.

Перед началом измерений необходимо установить количественную связь между моментом сил относительно оси рамки и углом ее поворота. Для этого прибор устанавливают так, чтобы стрелка и ось рамки были в горизонтальном положении. На некотором расстоянии от оси, например 10 мм, на стрелку вешают маленький груз, например колечко из проволоки весом в 0,01 г. Крутящий момент окажется равным:

M=F*L=0,000098 Н*0,01 м=9,8*10-7 н*м. Пусть стрелка при этом повернулась на угол A=40°. Тогда коэффициент пропорциональности между моментом сил и углом поворота будет равен:

K=М/A= (9,8*10-7н*м)/(40 град)=2,45*10-8 н*м/град

Для работы с магнитным полем необходимо собрать следующую электрическую схему (см. рисунок). Последовательно с прибором соедините миллиамперметр, высокоомный реостат, выключатель и батарею от карманного фонаря. Определите заранее компасом направление силовых линий магнитного поля и держите прибор в течение всего опыта так, чтобы рамка была параллельна им. Включите ток 30 мА. Как известно из школьного курса физики, момент сил вращения М, действующий на рамку с током I и площадью S, равен: М = В*I*S, где В - магнитная индукция. Пусть отклонение рамки составило 4°. При этом М=К*4°=2,45*10-8 н*м/град * 4 град=9,8*10-8 н*м.

Отсюда получим величину магнитной индукции:

B=M/(I*S*n)=(9,8*10-8н*м)/(0,03а*1,92*10-4м2*100)=1,7*10-4тл.

Шкалу прибора можно проградуировать в теслах. Прибором можно измерять магнитную индукцию не только земного поля, но также полей постоянных магнитов, проводников и катушек с током,

Г. ГРИГЕНАС

BACKHOME