Magnetfeldmesser. Zeichnung, Beschreibung

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Magnetfeldmessgerät. Wissenschaftliches Kinderlabor

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Wer hat nicht gesehen, wie die Magnetnadel eines Kompasses, wenn man sie mehrmals hin und her schwenkt, so eingestellt ist, dass ihre Enden genau auf die Magnetpole zeigen? Dieses Magnetfeld der Erde führt dazu, dass sie sich entlang ihrer Kraftlinien ausrichtet und so deren Richtung angibt. Eine genaue quantitative Messung des Erdmagnetfeldes ist jedoch bis heute nicht möglich. Auf Spezialschiffen aus nicht magnetisierbaren Materialien fahren Wissenschaftler ins offene Meer – dort, wo das Erdmagnetfeld am wenigsten durch umgebende Metallobjekte oder natürliche Erzvorkommen verzerrt wird –, um genaue Messungen durchzuführen. Und doch kann eine ungefähre Bestimmung der Stärke des Erdmagnetfeldes direkt im Unterricht erfolgen, ohne den Klassenraum zu verlassen. Dazu müssen Sie ein Gerät herstellen, das von den Jungs der Schule Nr. 7 in der Stadt Vilnius entworfen wurde.

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Das Gerät ist recht einfach (siehe Abbildung). Auf einem leichten Rahmen aus Aluminium mit den Maßen 12,0x16,0 mm, der reibungsarm auf einer Achse (einfach auf zwei Nadeln) montiert ist, werden n = 100 Windungen isolierter Draht mit einem Durchmesser von 0,1 mm gewickelt. Die Enden der Wicklung werden an zwei am Rahmen befestigte und von diesem isolierte Halterungen angelötet. Die Anfänge der Spirale

Federn. Am Rahmen ist ein Pfeil fest angebracht, der auf einer Gradskala den Abweichungswinkel des Rahmens von der anfänglichen Gleichgewichtslage anzeigt. Das Ende der oberen Feder ist mit dem Korrektorkabel verlötet, das sich um die in der Halterung installierte Achse drehen kann. Die Halterung ist an einer Plexiglas-Skala mit Gradeinteilung befestigt. Beim Drehen des Korrektors wird die Feder verdreht oder entdreht, wodurch der Rahmen mit dem Pfeil gedreht wird, wodurch Sie den Pfeil auf den Nullpunkt des Referenzwinkels einstellen können. Für das Gerät wird eine Box aus Plexiglas oder anderen Materialien hergestellt, deren magnetische Permeabilität nahe bei Eins liegt.

Vor Beginn der Messungen muss ein quantitativer Zusammenhang zwischen dem Kraftmoment relativ zur Rahmenachse und dem Drehwinkel hergestellt werden. Dazu wird das Gerät so montiert, dass der Pfeil und die Achse des Rahmens waagerecht stehen. In einem gewissen Abstand von der Achse, beispielsweise 10 mm, wird eine kleine Last an den Pfeil gehängt, beispielsweise ein Drahtring mit einem Gewicht von 0,01 g. Das Drehmoment beträgt:

M=F*L=0,000098 H*0,01 m=9,8*10^-7 n*m. Lassen Sie den Pfeil im Winkel A=40° drehen. Dann ist der Proportionalitätskoeffizient zwischen dem Kraftmoment und dem Drehwinkel gleich:

K=M/A=(9,8*10^-7n * m) / (40 Grad) \u2,45d 10 * XNUMX^-8 n*m/Grad

Um mit einem Magnetfeld zu arbeiten, ist es notwendig, den folgenden Stromkreis aufzubauen (siehe Abbildung). Schließen Sie in Reihe mit dem Gerät ein Milliamperemeter, einen hochohmigen Rheostat, einen Schalter und eine Batterie einer Taschenlampe an. Bestimmen Sie vorab die Richtung der Magnetfeldlinien mit einem Kompass und halten Sie das Gerät während des gesamten Experiments so, dass der Rahmen parallel zu ihnen steht. Schalten Sie einen 30-mA-Strom ein. Wie aus dem Schulphysikkurs bekannt ist, ist das Moment der Rotationskräfte M, die auf einen Rahmen mit Strom I und Fläche S wirken, gleich: M = B * I * S, wobei B die magnetische Induktion ist. Die Rahmenabweichung soll 4° betragen. Gleichzeitig ist M \u4d K * 2,45 ° \u10d XNUMX * XNUMX^-8 n * m / Grad * 4 Grad = 9,8 * 10^-8 n*m.

Daraus erhalten wir den Wert der magnetischen Induktion:

B=M/(I*S*n)=(9,8*10^-8n * m) / (0,03a * 1,92 * 10^-4м²*100)=1,7*10^-4tl.

Die Skala des Instruments kann in Tesla abgestuft werden. Das Gerät kann nicht nur die magnetische Induktion des Erdfeldes, sondern auch der Felder von Permanentmagneten, Leitern und Spulen mit Strom messen.

Autor: G. Grigenas

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