Что такое тангенс гальванометр

Тангенс-гальванометр представляет собой короткую катушку большого диаметра, точно в центре которой располагается буссоль (компас). Размеры стрелки буссоли должны быть очень малы, что позволяет считать величину магнитного поля тока, действующего на концы стрелки, равной величине поля в центре кругового тока. По этой же причине катушка прибора должна быть как можно короче и как можно большего диаметра. Обмотка катушки представляет собой определённое число N витков медного провода и несколько отводов, сделанных через равное количество витков. Каждый отвод припаивается к отдельному гнезду на панели прибора, рядом с которым указывается соответствующее число витков. Перед началом измерений плоскость катушки тангенс-гальванометра располагают в плоскости магнитного меридиана планеты, после чего по обмотке прибора пропускают электрический ток. В результате стрелка оказывается под воздействием одновременно двух взаимно перпендикулярных полей: горизонтальной составляющей магнитного поля Земли В_г и поля В_I кругового тока катушки тангенс-гальванометра. При этом стрелка буссоли устанавливается вдоль вектора магнитной индукции результирующего поля.

.

. (1)

Если катушка прибора содержит n витков, то индукция магнитного поля тока в центре катушки может быть определена по формуле:

, (2)

где R – радиус катушки тангенс-гальванометра. Таким образом, с учётом (1) и (2), получаем:

. (3)

Относительная погрешность определения величины В_г по формуле (3) определяется суммой:

. (4)

Таким образом, измерения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли целесообразно производить при α = 45°, так как в этом случае, согласно (4), ошибка, связанная с неточностью определения угла α, будет минимальной. При этом выражение (3) упрощается:

II. Тангенс — гальванометр.

Рассмотрим круговой проводник из n витков, прилегающих достаточно плотно друг к другу, расположенных вертикально в плоскости магнитного меридиана. В центре проводника поместим магнитную стрелку, вращающуюся вокруг вер­тикальной оси. Если по катушке пропустить ток I, то возникает магнитное поле с напряжённостью H, направленное перпендикулярно к плоскости катушки. Т.о., на стрелку будут действовать два взаимно перпендикулярных поля: маг­нитное поле Земли и магнитное поле тока. Напряжённости обеих полей вза­имно перпендикулярны. На рис. 4. изображено сечение катушки горизонталь­ной плоскостью. Здесь – вектор напряжённости поля, созданного круговым током,– горизонтальная составляющая магнитного поля Земли. Стрелка установится по направлению равнодействующей, т.е. по диагонали па­раллелограмма, сторонами которого будут вектор напряжённости магнитного поля кругового токаи.Рассматривая рис.4 получим:

;

с другой стороны. Напряжённость магнитного поля в центре катушки тангенс–гальванометра равна:

;

; где .

Для данного места Земли и для данного прибора величина

( I )

явля­ется постоянной тангенс – гальванометра, тогда:_

( 2 ).

Формулу ( 1 ) можно переписать в виде

( 3 ).

Таким образом, круговой проводник с магнитной стрелкой может быть использован для изме­рения силы тока, текущего по цепи. Прибор, основанный на вышеописанном принципе, носит название тангенс–гальванометра.

Тангенс–гальванометр, используемый в данной работе, состоит из катушки, в центре которой на вертикальной оси располагается магнитная стрелка. Стрелка может свободно вращаться внутри круглой коробки с прозрачной крышкой (компас). По контору дна коробки намечена круговая шкала, проградуирован­ная в угловых градусах.

Практическая часть.

Собрать электрическую цепь лабораторной установки по схеме. Источ­ником напряжения служит выпрямитель ВС–24 М.С. С помощью пере­ключателя К изменяют направление тока, текущего через тангенс–гальванометр tgq.

Установить tgq так, чтобы плоскость витков катушки совпадала с плос­костью магнитного меридиана, т.е. чтобы магнитная стрелка расположи­лась в плоскости витков катушки, указывая при этом на С и Ю.

Регулятор напряжения R на панели выпрямителя вывести в крайнее ле­вое положение. Включить выпрямитель и поставить переключатель К в левое или правое положение. Регулятором напряжения R установить ток в цепи I=0,5A. зафиксировать угол отклонения магнитной стрелки. Пе­рекинуть ключ К в противоположное положение и также зафиксировать угол отклонения стрелки. Это необходимо для плоскости нахождения среднеариф­метического значения угла отклонения магнитной стрелки, т.к. всегда имеется неточность в установлении витков tgq в плоскости магнитного меридиана.

Описание экспериментальной установки. Тангенс-гальванометр представляет собой плоскую вертикальную катушку радиуса R с некоторым числом витков N

ВНИМАНИЕ! САЙТ ЛЕКЦИИ.ОРГ проводит недельный опрос. ПРИМИТЕ УЧАСТИЕ. ВСЕГО 1 МИНУТА.

И методики измерений

Тангенс-гальванометр представляет собой плоскую вертикальную катушку радиуса R с некоторым числом витков N, в центре которой в горизонтальной плоскости расположена короткая магнитная стрелка (компас). Конец стрелки может перемещаться по шкале, разделённой на градусы. Магнитная стрелка при отсутствии тока в катушке будет расположена по магнитному меридиану Земли. Поворотом вокруг вертикальной оси можно добиться совмещения плоскости катушки с плоскостью магнитного меридиана; в этом случае стрелка компаса находится в плоскости катушки. После такой установки катушки пропускают по ней ток, в результате чего магнитная стрелка повернётся на некоторый угол . Объясняется это тем, что на магнитную стрелку будут действовать два поля: горизонтальная составляющая магнитного поля Земли и поле , созданное током. Под действием этих полей магнитная стрелка займёт такое положение равновесия, при котором равнодействующая двух полей будет совпадать с линией, полюса магнитной стрелки ns.

NS– направление магнитного меридиана земли; аи б – сечения витка катушки горизонтальной плоскостью; ns – магнитная стрелка, помещённая в центре катушки; – вектор горизонтальной составляющей индукции поля Земли; – вектор индукции магнитного поля, созданного током.

, следовательно,

. (1)

Величина индукции поля. Созданного током в центре катушки, рассчитывается по закону Био – Савара – Лапласа:

,

где I – сила тока, текущего в витке; R – радиус витка; N – число витков; – магнитная постоянная, равная .

Подставляя в формулу (1) получим

, (2)

Этой формулой пользуются для опытного определения . Кроме того, из выражения (2) можно получить

. (3)

Анализ формулы (3) показывает, что сила тока в катушке пропорциональна тангенсу угла отклонения магнитной стрелки от горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля Земли. Таким образом, этот прибор может служить также для измерения силы тока. В формуле (3) множитель

является постоянным для данного прибора, его называют переводным множителем тангенс-гальванометра. Таким образом, формулу (3) можно переписать так:

. (4)

Отсюда следует, что постоянная численно равна тому току, который протекает по виткам, когда угол отклонения стрелки равен . Для производства измерений пользуются схемой, где введены следующие обозначения: ТГ – тангенс-гальванометр, R – реостат, А – амперметр, П – переключатель.

Из выражений (3) и (4) получаем

. (5)

Порядок выполнения работы

1.Собрать цепь по схеме рис. 10.5 и установить плоскость катушки в плоскости магнитного меридиана Земли.

2.Включив полностью реостат R, присоединить собранную цепь к зажимам источника постоянного напряжения. Задать не­обходимую силу тока в катушке реостатом. Дождаться, когда магнитная стрелка придет в равновесие. Отсчитать углы α ’ ₁ и α ’ ₂ по обоим концам стрелки для уничтожения эксцентриситета стрелки (несовпадение оси стрелки с центром шкалы) и записать в таблицу наблюдения (табл. 10.1) уже средние из этих значений:

. Измерить силу тока по амперметру А.

3.Не меняя силы тока, изменить его направление переклю­чателем П и измерить величину α " опять по обоим концам стрелки. Переключение направления тока необходимо произво­дить для уничтожения возможной ошибки из-за неточной уста­новки плоскости катушки в плоскости магнитного меридиана.

4.Повторить опыт не менее 10 раз при различных силах тока. Сила тока может регулироваться изменением сопротивле­ния реостата R.

5.Результаты измерений ипостоянные величины занести в таблицу(табл. 10.1).

Номер Измер.

I, A

, град

", град

, град

tg

N Вит.

R, см

µ Гн/м

B, Тл

С, А

6.Выписать ошибки прямых измерений и физических кон­стант.

8.По графику найти значение С и но формуле (5) вычис­лить Во.

Значение α берется равным среднему арифметическом α / ₁ и α / ₂: