Numer ćwiczenia 23	Temat ćwiczenia Wyznaczanie składowej poziomej indukcji pola magnetycznego ziemi przy pomocy busoli stycznych.	Ocena z teorii
Numer zespołu 7		Ocena za ćwiczenie
Data wykonania ćwiczenia 8.03.98	Wydział EaiE rok I grupa 3	Uwagi

1. Wstęp teoretyczny.

Busola stycznych w celu dokładnego pomiaru wartości składowej poziomej indukcji ziemskiego pola magnetycznego wykorzystuje oddziaływanie pomiędzy ziemskim polem magnetycznym a igłą busoli (kompasu). Dodanie do ziemskiego pola magnetycznego, pola wytworzonego przez pętlę z prądem, którego wartość, kierunek i zwrot, jest ściśle określony regułą Biota-Savarta, spowoduje odchylenie się igły od kierunku północy magnetycznej o pewien kąt. Wartość składowej poziomej wektora indukcji ziemskiego pola magnetycznego zależy jednoznacznie od wartości tego kąta i wartości indukcji pola wytworzonego przez pętlę z prądem.

Prąd płynąc przez przewodnik wytwarza wokół niego pole magnetyczne. Natężenie tego pola w dany punkcie można traktować jak po superpozycje natężeń pól elementarnych pochodzących od poszczególnych elementów długości przewodnika. Z prawa Biota-Savarta wiemy że prąd o natężeniu I płynący przez element przewodnika długości dl wytwarza w punkcie odległym o r od tego elementu pole magnetyczne o natężeniu:

Kierunek wektora natężenia
jest prostopadły do płaszczyzny wektorów dl i r oraz ma zwrot zgodny z regułą śruby prawoskrętnej.

W środku bardzo krótkiej zwojnicy o promieniu R złożonej z n zwojów natężenie pola magnetycznego wynosi:

Korzystając z tego wzoru możemy zbudować przyrząd do pomiaru składowej poziomej natężenia pola magnetycznego Ziemi, gdy znamy natężenia pola H. Przyrząd ten nazywamy busolą stycznych.

W konstrukcji busoli wykorzystane jest oddziaływanie pola magnetyvznego wytworzonego przez cewkę z prądem, z igłą magnetyczną. Uzwojenia, najczęściej miedziane, są nawinięte na cienką obręcz wykonaną z materiału nieferromagnetycznego (mosiądz, aluminium). Igła magnetyczna znajduje się w środku tej obręczy i tak jest przytwierdzona, by mogła obracać się swobodnie w płaszczyźnie poziomej. Wokół igły znajduje się skala kątowa, na której odczytuje się wychylenie.

Zgodnie z prawem Biota-Savarta całkowita indukcja w środku geometrycznym kołowej, płaskiej pętli z prądem można wyrazić za pomocą wzoru:

Jeśli obwód składa się z n identycznych pętli, to całkowita indukcja

W ćwiczeniu będziemy korzystali z następujących przedmiotów:

busola stycznych, regulowany rezystor, komutator, miliamperomierz

2. Wnioski i spostrzeżenia.

lp	ilość zwojów	natężenie [mA]	Wychylenie			Bp	zakres	dI/I	dα	dB/B
												w lewo	w prawo	średni
1	40	285	70	70	70	2,00543E-05	300	0,005263	0	4,37E-02	0,00E+00
2	40	69	34	35	34,5	1,94094E-05	75	0,005435	0,5	6,26E-02	1,87E-02
3	40	98	44	45	44,5	1,92798E-05	150	0,007653	0,5	6,36E-02	1,75E-02
4	40	174	59	60	59,5	1,9815E-05	300	0,008621	0,5	6,70E-02	2,00E-02
5	24	117	33	35	34	2,01208E-05	150	0,00641	1	8,25E-02	3,76E-02
6	24	164	44	45	44,5	1,93585E-05	300	0,009146	0,5	6,51E-02	1,75E-02
7	24	295	58	60	59	2,0561E-05	300	0,005085	1	8,31E-02	3,95E-02
8	16	160	34	35	34,5	1,80029E-05	300	0,009375	0,5	6,65E-02	1,87E-02
9	16	240	44	45	44,5	1,88863E-05	300	0,00625	0,5	6,22E-02	1,75E-02
10	16	430	60	60	60	1,91984E-05	750	0,008721	0	4,72E-02	0,00E+00
		wartość średnia				1,94686E-05
				odchylenie standardowe								7,22137E-07

Uzyskane przez nas wyniki przedstawiamy w powyższej tabelce danych. Na całkowity błąd miały wpływ następujące błędy:

• 
  - wynikający z różnicy średnicy poszczególnych zwojów, jest to błąd stały dla wszystkich pomiarów

• 
  - wynikający z klasy dokładności miliamperomierza

• błąd przy odczycie kąta wychylenia igły magnetycznej

3

---