Вимірювач магнітного поля

ЮТ Для вмілих рук тисячі дев'ятсот сімдесят чотири №2

Хто не бачив, як магнітна стрілка компаса, гойднувшись кілька разів з одного боку в інший, встановлюється таким чином, що її кінці точно вказують магнітні полюси? Це магнітне поле Землі змушує її вибудовуватися уздовж своїх силових ліній, вказуючи тим самим їх напрямок. Однак точний кількісний вимір земного магнітного поля і але цей день малодоступним. На спеціальних судах, зроблених з ненамагнічівающіхся матеріалів, вчені відпливають у відкритий океан - туди, де магнітне поле Землі найменше спотворено оточуючими металевими предметами або природними покладами руди, щоб провести точні вимірювання. І все ж приблизне визначення значення напруженості земного магнітного поля можна виконати прямо на уроці, не виходячи з класу. Для цього потрібно зробити прилад, який сконструювали хлопці зі школи № 7 міста Вільнюса.

Прилад досить простий (див. Малюнок). На легкої рамці з алюмінію розміром 12,0x16,0 мм, встановленої на осі з малим тертям (попросту на двох голках), намотано n = 100 витків ізольованого проводу діаметром 0,1 мм. Кінці обмотки припаяні до двох скоб, закріпленим на рамці і ізольованим від неї. До цих же скобам припаяні початку спіральних

пружинок. До рамки жорстко прикріплена стрілка, що показує на шкалі з поділками в градусах кут відхилення рамки від початкового положення рівноваги. Кінець верхньої пружинки припаяний до повідця коректора, який може обертатися навколо осі, встановленої в скобі. Скоба прикріплена до шкали з оргскла з градусними поділками. При повороті коректора закручується або розкручується пружинка, завдяки чому повертається рамка зі стрілкою, що дозволяє встановити стрілку на нуль кута відліку. Для приладу виготовляється коробка з оргскла або інших матеріалів, у яких магнітна проникність близька до одиниці.

Перед початком вимірювань необхідно встановити кількісний зв'язок між моментом сил відносно осі рамки і кутом її повороту. Для цього прилад встановлюють так, щоб стрілка і вісь рамки були в горизонтальному положенні. На деякій відстані від осі, наприклад 10 мм, на стрілку вішають маленький вантаж, наприклад колечко з дроту вагою в 0,01 м Момент, що крутить виявиться рівним:

M = F * L = 0,000098 Н * 0,01 м = 9,8 * 10 -7 н * м. Нехай стрілка при цьому повернулась на кут A = 40 °. Тоді коефіцієнт пропорційності між моментом сил і кутом повороту буде дорівнює:

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

Для роботи з магнітним полем необхідно зібрати наступну електричну схему (див. Малюнок). Послідовно з приладом з'єднайте міліамперметр, високоомний реостат, вимикач і батарею від кишенькового ліхтаря. Визначте заздалегідь компасом напрям силових ліній магнітного поля і тримайте прилад протягом всього досвіду так, щоб рамка була паралельна їм. Увімкніть струм 30 мА. Як відомо зі шкільного курсу фізики, момент сил обертання М, що діє на рамку зі струмом I і площею S, дорівнює: М = В * I * S, де В - магнітна індукція. Нехай відхилення рамки склало 4 °. При цьому М = К * 4 ° = 2,45 * 10 -8 н * м / град * 4 град = 9,8 * 10 -8 н * м.

Звідси отримаємо величину магнітної індукції:

B = M / (I * S * n) = (9,8 * 10 -8 н * м) / (0,03А * 1,92 * 10 -4 м 2 * 100) = 1,7 * 10 -4 тл.

Шкалу приладу можна переписати в теслах. Приладом можна вимірювати магнітну індукцію не тільки земного поля, але також полів постійних магнітів, провідників і котушок зі струмом,