Теория метода и описание установки

Земля представляет собой огромный магнит, полюса которого лежат вблизи географических полюсов: вблизи северного географического полюса расположен южный магнитный полюс S, а вблизи южного географического северный магнитный полюс N. Магнитное поле Земли в первом приближении совпадает с магнитным полем диполя «ab», помещенного в центре Земли (см.рис.8.1). По по­следним гипотезам поле Земли связано с токами, циркулирующими по поверхности ядра Земли, а отчасти с намагниченностью горных пород и токами в радиационных поясах.

Магнитное поле Земли на экваторе направлено горизон­тально (точка В), а у магнитных полюсов — вертикально (точка А). В остальных точках зем­ной

некото­рым углом к горизонту (см.например точку К).

Величину проекции напря­женности земного магнитного поля Н на горизонтальную плоскость называют горизонтальной составляющей магнитного поля Земли Нз. Направление этой составляющей принимается за направление магнитного меридиана, а вертикальная плоскость, проходящая через него, называется плоскостью магнитного меридиана. Угол между направлением магнитного поля Земли и горизонтальной пло­скостью называют углом наклонения, а угол между географическим и магнитным меридианом — углом склонения.

Магнитная стрелка, которая может вращаться лишь около вертикальной оси, будет отклоняться в горизонталь­ной плоскости только под действием горизонтальной составляющей магнитного поля Земли (Нз).

Это свойство магнитной стрелки используется в приборе тангенс-гальванометре для определения Нз. Тангенс-гальванометр представляет собой плоскую вертикальную катушку радиуса R с некоторым числом витков п. Величина радиуса катушки и число витков указаны на тангенс-гальванометре.

Поворотом катушки около вертикальной оси можно добиться совмещения плоскости катушки с плоскостью магнитного меридиана. Если после такой установки катушки по ней пропустить ток, то магнитная стрелка повернется на некоторый угол . Объясняется это тем, что на магнитную стрелку будут действовать два магнитных поля: первое поле — горизонталь­ная составляющая напря­женности поля Земли Нз и второе поле, напряженность, которого создана током катушки — . Направление напряженности магнитного поля тока определяется по правилу буравчика.

Под действием этих полей магнитная стрелка займет такое положение равновесия, при котором равнодействую­щая двух полей будет совпадать с линией, соединяющей полюса стрелки. NS — направление магнитного меридиана Земли, А и В — сечения витка катушки горизонтальной плоскостью, — магнитная стрелка компаса, помещенная в центре катушки, Н₃ — вектор горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли, — вектор напряженности магнитного поля, созданного током в катушке

Обратите внимание на расположение магнитных силовых линий вокруг проводника с током; в точке А ток идет на нас (показан точкой), в точке В ток идет от нас (показан крестиком). Магнитное поле тока (вектор ) направлено перпендикулярно к плоскости витков.

Из рисунка видно, что и, следовательно, (1).

где — ток, текущий в витке, — радиус витка ка­тушки в м.

Напряженность магнитного поля в катушке с числом витков п вычисляется по выражению (2) с учетом числа витков. Подставляя значение в формулу (1), получим:

(3).

Этой формулой и пользуются для опытного определения напряженности магнитного поля Земли Н_з. В системе СИ напряженность магнитного поля измеряется А/м.