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 Вг и поля ВI 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 Вг 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 тока
и
.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 | ![]() |
![]() |
![]() |
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: