Лабораторная работа N012

Опыт Эрстеда


Цель: изучение действия тока на магнитную стрелку; измерение горизонтальной компоненты магнитного поля Земли

Приборы: компас, источник тока, проводник на подставке, провода.

Порядок выполнения


  1. Положить компас на стол. Вдоль магнитной стрелки установить проводник на подставке (над компасом), так чтобы компас был посередине проводника.
  2. Включить источник тока, по угловой шкале компаса определить угол поворота магнитной стрелки. По показаниям амперметра в источнике тока определить силу тока в проводнике. Повторить измерения для 4 других значений тока.
  3. Построить график зависимости тангенса угла поворота стрелки от силы тока tg φ(I).
  4. Определить горизонтальную компоненту магнитного поля Земли ВЗ=В/tg φ.
  5. Результаты расчетов и измерений свести в таблицу.
  6. По полученным 5 значениям по формуле (0.3) рассчитайте среднее значение магнитного поля Земли ВЗср и погрешность измерения ΔBЗ по формуле (0.4).

Таблица 1

Результаты изучения магнитного действия тока

N0 п/п Сила тока I,A Угол отклонения стрелки φ,° tg φ Магнитное поле тока В, мкТл Магнитное поле Земли ВЗ, мкТл
1.          
2.          
3.          
4.          
5.          
          ВЗ=ВЗcp±ΔВЗ

Описание работы

Данная работа воспроизводит эксперимент Эрстеда Г.Х. (1820 г.), позволивший обнаружить магнитное действие тока. Он показал, что ток порождает магнитное поле. Сложность обнаружения этого поля состоит в том, что на Земле есть собственное довольно сильное магнитное поле - поэтому поле тока должно быть соизмеримо с полем Земли, чтобы его влияние стало заметным.

Известно, что МП прямого тока определяется формулой
(12.1)

где μ0=4πЧ10-7Гн/м - магнитная постоянная, I- сила тока, а- расстояние до проводника от точки измерения поля, Θ1 и Θ2 угол между элементом тока в начале проводника и направлением на точку измерения поля в начале и конце проводника соответственно. Если точку измерения (компас) поместить посередине проводника, то
(12.2)

где l- длина проводника. Тогда магнитная индукция поля, создаваемого током
(12.3)

Это поле создает вокруг провода систему кольцевых силовых линий. Но кроме него, в исследуемой области есть еще и однородное магнитное поле Земли.

Согласно принципу суперпозиции, вектор магнитной индукции результирующего поля есть сумма векторов поля Земли и поля тока (см. рис.13).

В условиях нашего эксперимента магнитное поле тока перпендикулярно полю Земли, поэтому с полем Земли оно связано соотношением
(12.4)

Магнитная стрелка всегда стремится сориентироваться вдоль направления силовых линий поля, поэтому при включении тока и появлении поля тока В она поворачивается на угол φ, ориентируясь вдоль вектора Врез. По величине этого поворота мы можем судить о величине магнитной индукции поля тока и проверить его линейную связь с силой тока I.

Контрольные вопросы

  1. Закон Био-Савара-Лапласа. Правило правого винта.
  2. Нарисуйте конфигурацию силовых линий вокруг прямого тока.
  3. Сможем ли мы обнаружить действие тока, если сориентируем проводник поперек силовых линий МП Земли?
  4. Как должен зависеть от силы тока tgφ, исходя из теории?