Wstęp:

Gdy w przewodniku płynie prąd elektryczny o pewnym natężeniu i to wokół tego przewodnika wytwarza się pewne pole magnetyczne. Indukcja tego pola magnetycznego jest zależna od długości i kształtu tego przewodnika oraz natężenia prądu w tym przewodniku.

Dla prostolinijnego przewodnika łatwo jest wyznaczyć i kształt jak i wartość indukcji tego pola. Kształt możemy wyznaczyć za pomocą reguły prawej dłoni, natomiast wartość indukcji korzystając z Prawa Ampera, które możemy wyrazić wzorem:
; przy czym B to indukcja magnetyczna[T]; i natężenie prądu [A]; r odległość od przewodnika [m];
przenikalność magnetyczna próżni.

Jeżeli przewodnik jest o bardziej skomplikowanej budowie przydatne może się stać prawo Biota-Savarta. W prawie tym rozkładamy długość przewodnika a zarazem wartość indukcji magnetycznej na nieskończenie małe „kawałki”. Wypadkowa tych „kawałków” może mam określić wypadkowy wektor indukcji magnetycznej np. w punkcie P pokazanym na rysunku wtedy indukcje określimy wzorem:
; gdzie
to kąt między promieniem i elementem dl.

W przypadku przewodnika kołowego wektor indukcji jest prostopadły do płaszczyzny koła wytworzonego przez przewodnik. A wartość indukcji określimy wzorem:

; natomiast, jeżeli mamy, zwój położonych obok siebie przewodników kołowych to powyższy wzór możemy zapisać:
; gdzie n to liczba zwojów.

Obecność pola magnetycznego można wykazać za pomocą swobodnie zawieszonej igły magnetycznej, która ustawia się równolegle do kierunku pola. Jeżeli rozpatrywane poprzednio uzwojenie kołowe ustawione jest pionowo i w jego środku zawieszona jest igła magnetyczna, mająca swobodę, obrotu w płaszczyźnie poziomej, to pod wpływem przepływu prądu przez uzwojenie igła ta ustawia się prostopadle do płaszczyzny uzwojenia, przy założeniu, że na igłę magnetyczną działa w płaszczyźnie poziomej tylko pole magnetyczne wytworzone przez uzwojenie kołowe. Jeśli igłę magnetyczną poddamy działaniu innego pola (działającego w tej samej płaszczyźnie, co wektor indukcji) to igłą wychyli się zgodnie z wypadkową indukcją tych sił. To zjawisko wykorzystujemy do obliczenia składowej poziomej indukcji magnetycznej ziemi, czego dokonaliśmy w ćwiczeniu.

Obliczenia:

n-ty pomiar	Liczba zwojów	i'	i''	(i'+i'')/2
1	5	0,54	0,54	0,54	13,57168026[ T]	1,432323541
2	5	0,54	0,54	0,54	13,57168026 [ T]	1,432323541
3	5	0,52	0,54	0,53	13,32035285 [ T]	0,893913122
4	5	0,54	0,52	0,53	13,32035285 [ T]	0,893913122
5	5	0,52	0,46	0,49	12,3150432 [ T]	0,003580809
6	5	0,51	0,5	0,505	12,69203432 [ T]	0,100584921
7	5	0,5	0,5	0,5	12,56637061 [ T]	0,036667483
8	10	0,24	0,24	0,24	12,06371579 [ T]	0,096825071
9	10	0,24	0,24	0,24	12,06371579 [ T]	0,096825071
10	10	0,24	0,24	0,24	12,06371579 [ T]	0,096825071
11	10	0,24	0,24	0,24	12,06371579 [ T]	0,096825071
12	10	0,24	0,22	0,23	11,56106097 [ T]	0,662306405
13	10	0,24	0,24	0,24	12,06371579 [ T]	0,096825071
14	10	0,22	0,22	0,22	11,05840614 [ T]	1,733111485
15	15	0,17	0,16	0,165	12,44070691 [ T]	0,004332779
16	15	0,16	0,16	0,16	12,06371579 [ T]	0,096825071
17	15	0,16	0,16	0,16	12,06371579 [ T]	0,096825071
18	15	0,16	0,18	0,17	12,81769803 [ T]	0,196085093
19	15	0,16	0,16	0,16	12,06371579 [ T]	0,096825071
20	15	0,16	0,16	0,16	12,06371579 [ T]	0,096825071
21	15	0,16	0,16	0,16	12,06371579 [ T]	0,096825071
						8,357393014
					12,37 [ T]

W celu obliczenia B_z posłużyliśmy się wzorem:

B_z=μ₀
; [T]

Odchylenie standardowe obliczyliśmy przy pomocy wzoru:

Wynosi ono:

0,63

Wartość średnią B_z obliczyliśmy za pomocą wzoru:

Wartość wynosi: 12,37 [
T]

Obliczamy wartość wielkości B_z metodą Studenta Fishera.

Przyjęliśmy poziom istotności

Współczynnik Studenta odczytany z tablic dla r = n-1 stopni swobody dla przyjętego poziomu istotności wynosi

Błąd względny pomiaru wynosi:

Wnioski:

Wynik pomiaru wynosi 12,4
0,3 [
T]

Płynący prąd przewodniku kołowym o 5,10 i 15 zwojach oraz pole magnetyczne ziemi wywołują pole magnetyczne, które wychyla igłę magnetyczną o 45º. Badanie pozwoliło uzyskać wynik 12,4
0,3
T. Jednostka T - Tesla jest jednostką układu SI można również podać wynik w jednostce Gs - Gauss. Przy czym 1 Gs = 10^-4 T, co daje wynik 0,124
0,003
Gs.

Naukowe źródła podają, że indukcja ziemskiego pola magnetycznego w Polsce osiąga wartość 18,3
T (Z. Kamieński: Fizyka dla kandydatów na wyższe uczelnie techniczne. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1974 r.). Nasz wynik jest w świetle tych danych niewłaściwy, jednakże należy wspomnieć o tym, że badanie zostało wykonane w budynku, który zakłóca pole magnetyczne Ziemi. Obok urządzenia pomiarowego obecna jest instalacja elektryczna oraz prostownik, które generują dość silne pole magnetyczne. Samo urządzenie pomiarowe nie jest skonstruowane tak, aby wyeliminować wpływ pola magnetycznego wytwarzanego przez doprowadzające do uzwojeń prąd przewodów. Nie bez znaczenia może być wszech obecne promieniowanie różnych fal elektromagnetycznych jak fale radiowe, sieci komórkowych, które nie wpływają na życie ludzi i urządzeń jednak przy dokładnych pomiarach mogą nieznacznie wpływać na ich jakość.

---