Горизонтальная составляющая земного магнетизма: метод Гримзеля и эксперименты с магнитной стрелкой

Определение горизонтальной составляющей. 1) Односторонняя магнитная стрелка. 2) Три одинаковые намагниченные стальные спицы. 3) Стойка с подвижной муфтой. 4) Прямоугольный кусок зеркала с начерченными на нём линиями.

Устройство односторонней стрелки было, описано раньше (рис. 12, 3). В данном случае она составляется из магнита (спицы) и медной проволоки; они подбираются так, чтобы под действием одного земного магнитного поля стрелка сохраняла горизонтальное направление.

На зеркале (рис. 88) нанесён ряд продольных параллельных прямых и вдоль одного края —одна поперечная под прямым углом к параллелям; кроме того, имеется шкала, параллельная продольным линиям. Во время наблюдений зеркало должно лежать так, чтобы все продольные линии и шкала были параллельны магнитному меридиану; тогда поперечная (единственная) линия будет перпендикулярна к магнитному меридиану.

Рис. 88. Определение горизонтальной составляющей по Гримзелю

Упрощённая самодельная конструкция прибора Гримзеля изображена на рисунке 89. Упрощение заключается в замене зеркала листом белого картона (20 см х З0 см), на котором начерчены три продольные линии и одна поперечная; около края (левого на рисунке) наклеена в качестве шкалы полоска миллиметровой бумаги параллельно трём продольным линиям; под концы магнитов при установках кладётся полоска зеркала (4 см х 25 см) для устранения ошибки на параллакс. Стойка для магнита взята от магнитных весов.

Рис. 89. Прибор Гримзеля упрощённой конструкции

Порядок работы: 1) Поставить магнитную стрелку на стол так, чтобы стрелка в углу зеркала, где проходит поперечная линия, расположилась как раз над одной из продольных параллельных прямых.

2) Укрепив второй магнит на стойке на такой же высоте (над столом), на которой находится стрелка, поднести к свободному полюсу стрелки одноимённый полюс магнита с такой стороны, чтобы он отталкивал стрелку в сторону шкалы, и продолжать это отталкивание до тех пор, пока стрелка не встанет вдоль поперечной линии, т. е. под прямым углом к магнитному меридиану; при этом магнит должен располагаться параллельно стрелке, на одной высоте с ней.

3) С помощью зеркальной шкалы найти положения концов стрелки и магнита и вычислить расстояние r между ними.

Расчёт ведётся следующим образом: обозначим количества магнетизма полюса магнита (неподвижного) через m₁, расстояние между полюсами через r₁; напряжённость, создаваемая неподвижным магнитом в месте нахождения полюса стрелки, будет:

Так как магнит действует на полюс стрелки по направлению магнитного меридиана и стрелка находится в равновесии, то горизонтальная составляющая напряжённости Н земного магнетизма должна равняться напряжённости Н₁, созданной магнитом, т. е. искомая напряжённость

Расстояние r₁ (и только оно одно) измеряется в данной работе. Количество магнетизма определяется с помощью магнитных весов (работа 3).

Можно поступить несколько иначе. Переменив места неподвижной и подвижной спиц и снова найдя новое расстояние r₂, получим для искомой напряжённости второе равенство:

Присоединяем сюда ещё третье уравнение из работы 3, определяющее произведение m₁ m₂:

Обозначим правую часть последнего равенства буквой Q; для определения произведения т₁ т₂ в работе 3 достаточно произвести только одно наблюдение.

Итак, имеем три уравнения:

Произведение первых двух уравнений даёт:

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»