II. Тангенс — гальванометр.
Рассмотрим круговой проводник из n витков, прилегающих достаточно плотно друг к другу, расположенных вертикально в плоскости магнитного меридиана. В центре проводника поместим магнитную стрелку, вращающуюся вокруг вертикальной оси. Если по катушке пропустить ток I, то возникает магнитное поле с напряжённостью H, направленное перпендикулярно к плоскости катушки. Т.о., на стрелку будут действовать два взаимно перпендикулярных поля: магнитное поле Земли и магнитное поле тока. Напряжённости обеих полей взаимно перпендикулярны. На рис. 4. изображено сечение катушки горизонтальной плоскостью. Здесь 
– вектор напряжённости поля, созданного круговым током,
– горизонтальная составляющая магнитного поля Земли. Стрелка установится по направлению равнодействующей
, т.е. по диагонали параллелограмма, сторонами которого будут вектор напряжённости магнитного поля кругового тока
и
.Рассматривая рис.4 получим:
;
с другой стороны. Напряжённость магнитного поля в центре катушки тангенс–гальванометра равна:
;
где r – радиус витка. Тогда:
; где 
.
Для данного места Земли и для данного прибора величина
( I )
является постоянной тангенс – гальванометра, тогда:_
( 2 ).
Формулу ( 1 ) можно переписать в виде
( 3 ).
Таким образом, круговой проводник с магнитной стрелкой может быть использован для измерения силы тока, текущего по цепи. Прибор, основанный на вышеописанном принципе, носит название тангенс–гальванометра.
Тангенс–гальванометр, используемый в данной работе, состоит из катушки, в центре которой на вертикальной оси располагается магнитная стрелка. Стрелка может свободно вращаться внутри круглой коробки с прозрачной крышкой (компас). По контору дна коробки намечена круговая шкала, проградуированная в угловых градусах.
Практическая часть.
- Собрать электрическую цепь лабораторной установки по схеме. Источником напряжения служит выпрямитель ВС–24 М.С. С помощью переключателя К изменяют направление тока, текущего через тангенс–гальванометр tgq.
- Установить tgq так, чтобы плоскость витков катушки совпадала с плоскостью магнитного меридиана, т.е. чтобы магнитная стрелка расположилась в плоскости витков катушки, указывая при этом на С и Ю.
- Регулятор напряжения R на панели выпрямителя вывести в крайнее левое положение. Включить выпрямитель и поставить переключатель Кв левое или правое положение. Регулятором напряжения R установить ток в цепи I=0,5A. зафиксировать угол отклонения магнитной стрелки. Перекинуть ключ Кв противоположное положение и также зафиксировать угол отклонения стрелки. Это необходимо для плоскости нахождения среднеарифметического значения угла отклонения магнитной стрелки, т.к. всегда имеется неточность в установлении витков tgq в плоскости магнитного меридиана.
- Выполнить пункт 3 при значениях тока I=1Aи1,5A.
- Результаты измерений занести в таблицу:
| # | I | j1 | j2 | jср. | tgj | H0 | H0ср | Hо | H0ср |
| 1. | |||||||||
| 2. | |||||||||
| 3. |
Таблица 1. При каждом значении тока определить горизонтальную составляющую магнитного поля Земли по формуле: 
( 4 ); т.к. в системе СИ коэффициент пропорциональности К в формуле ( 2 ) равен 
.
- Найти среднеарифметическое значение
. - Вычислить погрешность вычисления
при каждом значении тока:
( 5 ), и затем среднее значение 
.
- записать окончательно результат работы в виде:
( 6 ).
Метод тангенс–гальванометра
Тангенс–гальванометр состоит из нескольких кольцеобразных витков медной проволоки, расположенных в вертикальной плоскости. В центре витков расположена магнитная стрелка, установленная на шкале с градусными делениями, шкала служит для отсчета положений магнитной стрелки или ее отклонений. Расположив витки, тангенс–гальванометра в плоскости магнитного меридиана пропустим ток по виткам. В этом случае на магнитную стрелку будут действовать две пары сил.
Одна пара сил создана действием магнитного поля земли – она будет стремиться вернуть стрелку в плоскость магнитного меридиана, т.к. силы этой пары направлены параллельно плоскости меридиана. Другая пара сил будет создана действием магнитного поля кругового тока – она стремится расположить стрелку перпендикулярно к плоскости магнитного меридиана. Следовательно, на магнитную стрелку действуют два поля – поле Земли (
) и поле тока (
). Под действием этих полей магнитная стрелка отклонится на угол α от магнитного меридиана и будет в равновесии при условии, что равнодействующая этих сил будет совпадать с направлением отклоненной стрелки.
Из чертежа (рис.1.) следует, что
Величина напряженности полясозданного током в центре витка, вычисляется по закону Био–Савара–Лапласа. Для системы СИ:
где I – ток, текущий в витке, в амперах;
r – радиус витка катушки, в метрах.
Напряженность магнитного поля тока в катушке с числом n витков определяется по формуле:
.
В итоге горизонтальная составляющая напряженности магнитного поля Земли:
.
Порядок выполнения работы
- Собрать схему: Т – тангенс–гальванометр, К – коммутатор для изменения направления тока в тангенс–гальванометре, mA – миллиамперметр, R – реостат, ε источник тока (рис.2).
рис.2
- Установить компас на стеклянной подставке в центре тангенс–гальванометра.
- Установить тангенс-гальванометр в плоскость магнитного меридиана так чтобы конец стрелки компаса совпадал с 0 о , а сама стрелка компаса располагалась вдоль витков тангенс–гальванометра.
- Включить источник питания. Установить движок реостата в некотором положении и измерить величину тока I1.
- Как только стрелка компаса придет в равновесие, отсчитать по круговой шкале отклонение α1.
- Не меняя величины тока, I1 изменить переключением коммутатора направление тока и измерить величину отклонения стрелки компаса α2. Взять среднее значение угла α.
- Опыт повторить пять раз при различном токе. Величину тока изменяют реостатом R.
- Измерить линейкой радиус витков тангенс–гальванометра и сосчитать число витков n (Величины R, n указаны на основании подставки).
- Данные занести в таблицу.
N п/п 
, A
, град.
, град.
, град.
, А/м - Вычислить погрешность косвенных измерений.
где 
– определяют по классу точности миллиамперметра; 
–принимают равным 0,510 -3 м; 
–принимают равной половине цены деления компаса.
- Сделать соответствующий вывод.
- Результат измерения горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли Н записать в виде:
Тангенциальный гальванометр
Тангенциальный гальванометр старый прибор для измерения интенсивности от электрического тока . В нем используется магнитная стрелка, предназначенная для сравнения магнитного поля, созданного неизвестным током, с магнитным полем Земли .
Принцип
Его принцип прост: соленоид, окружающий магнитную стрелку, естественно ориентированную на север, расположен в плоскости, определяемой иглой и вертикалью. Неизвестный ток, протекающий через катушку, отклоняет стрелку на угол, тангенс которого равен отношению магнитного поля, создаваемого соленоидом, к магнитному полю земли, отсюда и название «тангенциальный гальванометр».
Даже если величина земного магнитного поля неизвестна, прибор позволяет сравнивать между собой два магнитных поля, создаваемые соленоидом. Поскольку магнитное поле пропорционально току, протекающему через катушку, это позволяет сравнить два тока и после калибровки определить абсолютное значение электрического тока. Поэтому земное магнитное поле применяется только к намагниченной игле для создания возвращающей силы. Впервые устройство было описано Клодом Пуйе в 1837 году.
Описание
Тангенциальный гальванометр имеет соленоид из нескольких витков медной проволоки. Ось соленоида находится в горизонтальной плоскости; регулировочные винты используются для регулировки горизонтальности. Он может вращаться вокруг вертикальной оси, проходящей через его центр. Сильно намагниченная игла расположена в горизонтальной плоскости, проходящей через центр катушки. Игла свободно перемещается в горизонтальной плоскости. Экран измерения разделен на четыре квадранта, градуированных от 0 ° до 90 °. Тонкий алюминиевый индикатор связан с магнитной стрелкой и расположен под прямым углом к ней. Чтобы избежать ошибок параллакса, под иглу помещается плоское зеркало.
Использует
Для измерения после регулировки горизонтальности прибор ориентируют таким образом, чтобы магнитная стрелка находилась в плоскости соленоида. Затем на катушку подается неизвестный ток. Это создает магнитное поле, перпендикулярное магнитному полю Земли. Стрелка выравнивается в соответствии с векторной суммой двух полей, а тангенс угла этого отклонения равен отношению интенсивностей двух полей. Под этим углом мы получаем, используя калибровочные таблицы, значение неизвестного тока.
Устройство работает точно, когда два поля — земное магнитное поле и магнитное поле соленоида — близки, то есть когда угол близок к 45 °, а тангенс близок к 1. С другой стороны, для углов отклонения близки до 0 ° или 90 ° сильное изменение соотношения двух полей приводит только к небольшому изменению угла отклонения и низкой точности.
Тангенциальный гальванометр также можно использовать для измерения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли. В данном месте с помощью батарей и реостата подается такой ток, что отклонение тангенциального гальванометра составляет 45 °. Приложенный ток считывается амперметром. Затем можно рассчитать магнитное поле, используя измеренную напряженность, количество и диаметр витков соленоида.
Гальванометр: подробно простым языком
Гальванометр — это устройство для измерения электрических параметров, которое работает на основе преобразование электрического тока в механическое движение и отражает величину измеряемого параметра на шкале.
Обратите внимание на основы электричества и на приборы электроники.
Техники используют гальванометры для того, чтобы убедиться, что электрические параметры находятся в заданных пределах для контроля и поиска неисправностей, потому что отклонение параметров от оптимальных может служить сигналом к нарушению работы системы.
Принцип действия гальванометра
Гальванометр состоит из постоянного магнита, катушки из провода, которая смонтирована между полюсами магнита; очень легкого указателя, который присоединен к катушке и имеет одну ось вращения с ней; пружины, которая удерживает указатель на нуле, когда в катушке не течет ток.
Когда ток течет через катушку, он создает магнитное поле вокруг нее. Взаимодействие магнитного поля катушки и магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом, создает силу, которая заставляет катушку поворачиваться или вращаться. Если магнитное поле катушки достаточно сильно, катушка преодолевает сопротивление пружины и старается расположиться между полюсами постоянного магнита. Когда катушка перемещается, указатель также перемещается. Количество движения катушки и указателя пропорционально количеству тока, протекающего через катушку.
Позади указателя на гальванометре имеется шкала, откалиброванная в единицах измерения электричества. Таким образом, положение указателя на шкале показывает величину измеряемого электрического параметра.
Читайте также
Мультиметр цифровой компактный универсальный прибор для измерения электрических параметров
Осциллограф применяется для проверки электронного оборудования
Однополупериодный выпрямитель контур, проводящий во время одной половины цикла переменного тока
Двухполупериодный выпрямитель контур, проводящий ток в течение обеих половин цикла переменного тока
Операционный усилитель усилитель постоянного тока с высоким коэффициентом усиления, вплоть до миллионов