Определение количества магнетизма: метод Гримзеля, магнитные весы и закон Кулона

Определение количества магнетизма. Оборудование для опыта: 1) два одинаковых магнита. 2) Весы. 3) Разновес. 4) Деревянные брусочки. 5) Миллиметровая линейка. 6) Магнитные весы. 7) Рейтеры. 8) Три намагниченные одинаковые спицы. 9) Стойка с ползунком. 10) Стойка с вертикальной зеркальной шкалой.

Самый простой способ такого измерения, предназначенный для классной демонстрации, был описан выше (опыт 2, 4-й случай).

Получив равновесие, измеряют деревянной или картонной масштабной линейкой расстояние r между взаимодействующими полюсами (между серединами поперечных сечений магнитов) и определяют груз Р, уравновешивающий только силу взаимодействия; считая полюсы двух магнитов равными, вычисляют величину одного полюса по формуле закона Кулона:

Груз Р надо выразить в динах.

Коромысло магнитных весов состоит из короткой латунной трубочки с поперечной тонкой осью, опирающейся на стойку (рис. 86); с одной стороны (на рисунке слева) к трубочке припаян латунный стержень, разделённый на 20 (считая от оси) равных частей для навешивания рейтеров; с другой стороны в трубочку вставляется стальная намагниченная спица; коромысло снабжено стрелкой, направленной вниз, и наверху вертикальным стерженьком с подвижной гайкой для изменения чувствительности весов. Под действием одного земного магнитного поля коромысло весов вместе со спицей должно в состоянии равновесия занимать горизонтальное положение; если этого нет, то для достижения горизонтальности на коромысло вешают рейтер. Над свободным концом спицы помещают одноимённый полюс второй спицы, укреплённой горизонтально в муфте, перемещающейся вдоль вертикальной стойки. Коромысло весов, выведенное взаимодействием полюсов из состояния равновесия, снова возвращают в горизонтальное положение навешиванием рейтеров. Расстояние между полюсами (в пределах от 6 до 15 см) ной зеркальной шкалы.

Рис. 86. Магнитные весы Гримзеля

Рейтеры всего удобнее сделать весом в 20 дин и кратными этому числу (не более 100); рейтер в 20 дин, помещённый на крайнее (левое на рисунке) 20-е деление (находящееся от оси на таком же расстоянии, как и полюс спицы), даёт силу в 20 дин, на 19-м делении принимается в расчёт в размере 19 дин, на 5-м делении — в размере 5 дин и т. д.

Все применяемые спицы (не менее трёх) должны быть одинаковы по размерам, по материалу (взяты из одного продажного пучка) и одинаково намагничены; для этого их. намагничивают вместе одновременно одним и тем же током.

На рисунке 87 изображены магнитные весы упрощённой конструкции, допускающей самодельное изготовление. Зеркальная шкала заменяется полоской зеркала (3 см х 12 см), на которую наклеена полоска миллиметровой бумаги. Рейтеры делаются из алюминиевой проволоки. Тяжёлое основание стойки для неподвижного магнита отливается из олова, свинца, баббита, гарта й т. п.

Рис. 87. Магнитные весы упрощённой конструкции

Порядок работы: 1) Установить коромысло весов горизонтально с помощью рейтера и заметить по шкале положение коромысла.

2) Поднести полюс неподвижного магнита (на расстоянии 6 - 10 см), располагая оба магнита в одной плоскости, заметить по шкале положение магнита.

3) Вернуть коромысло в начальные положения равновесия, навешивая на коромысло рейтеры.

4) Подсчитать силу, производимую рейтерами в зависимости от их положения на шкале.

5) Записать найденные числовые значения по схеме:

6) Опыт проделать три раза, применяя три магнита (1, 2 и 3) в виде трёх пар:

7) Расчёт ведётся следующим образом: для трёх наблюдений будем иметь согласно формуле закона Кулона три равенства:

из этих трёх равенств находим:

Перемножение всех трёх равенств даёт:

Деля произведение трёх т на произведение двух, найдём любое т, например:

По этой формуле вычисляется искомая величина количества магнетизма в абсолютных электромагнитных единицах (по системе CGS), если силу F выражать в динах, расстояние г-в сантиметрах. Размерность единицы количества магнетизма:

Сведения об авторе и источнике:

Автор: Д. Д. Галанин, Е. Н. Горячкин, С. Н. Жарков, А. В. Павша, Д. И. Сахаров

Источник: Физический эксперимент в школе, том IV «Электричество»