שם הניסוי:גלוונומטר טנגנטי מדידת הרכיב האופקי של השדה המגנטי של כדור הארץ רמה א' תיאור הניסוי בניסוי זה, נעסוק בתלות של השדה המגנטי במרכז לולאה בזרם החשמלי הזורם דרכה. נמדוד את כוונו של שדה מגנטי שקול של שני שדות המאונכים זה לזה של בעזרת מצפן ונחשב את עצמתו של השדה. מתוצאות ניסוי זה אפשר למדוד את הרכיב האופקי של השדה המגנטי של כדור הארץ. מטרת הניסוי חקירת הקשר בין השדה המגנטי במרכז לולאה מעגלית נושאת זרם לבין עצמת הזרם. חישוב הרכיב האופקי של השדה המגנטי הארצי. מה נשמר קבוע? קוטר הלולאה ומספר הליפופים סביבה. מה מודדים בצורה ישירה? מודדים באופן ישיר את הזרם החשמלי הזורם בלולאה ואת זווית סטיית המצפן. מה מודדים באופן עקיף? עבור כל ערך של זרם שנמדד, מחשבים את השדה המגנטי במרכז הלולאה מעגלית. מה מחשבים? מסרטטים גרף של טנגנס זווית הסטיה של המצפן כפונקציה של השדה המגנטי במרכז הלולאה וממנו מחשבים את גודלו של הרכיב האופקי של השדה המגנטי הארצי.
צילום המערכת הערה: בהתאם להמלצות הדידקטיות, יש להרחיק עד כמה שניתן את כל חלקי המערכת מהגלוונומטר הטנגנטי, יותר ממה שנראה בצילום.
פירוט חלקי המערכת והמלצות טכניות הרכיב תמונת הרכיב נגד משתנה מקור מתח הוראות הפעלה והמלצות טכניות תייל מוליך שהתנגדותו 16 אוהם המלופף על גליל מבודד. מחברים את התייל למעגל בחיבור ריאוסטטי: מחברים קצה אחד שלו לקצה הגלוונומטרואת הגררה שלו מחברים למקור המתח, כך שכאשר משנים את מיקום הגררה משתנה התנגדות התייל. מקור מתח ישר DC מחברים אותו ליציאה של 12 וולט. מצפן מחט מגנטית שיכולה להסתובב סביב ציר העוברבמרכז המצפן. המחט המגנטית פונה לכיוון צפון דרום ) כוון הרכיב האופקי של השדה המגנטי הארצי) אם היא מושפעת רק מהשדה המגנטי הארצי. אבל אם יש יותר משדה מגנטי אחד, היא פונה
תילי ליפוף גלונומטר טנגנטי אמפרמטר התיילים הלבנים שבצילום המערכת לכוון השדה המגנטי השקול, ולכן היא תצביע על כוון השדה המגנטי השקול. תייל מוליך ארוך שהתנגדותו קטנה בסיס עץ שעליו מותקנת לולאה העשויה מאלומניום (האלומניום הוא חומר לא מתמגנט ולכן אינו משפיע על הניסוי). מלפפים על הלולאה את התייל המוליך. כמו כן, מחבריםבאמצע הלולאה לוח עץ אופקי כך שיהיה אפשר להניח עליו את המצפן. לוח העץ מחורר במרכזו ומראה בצורה זו את מרכז הלולאה. מכשיר למדידת זרם חשמלי שיש בו שלושה תחומי מדידה. מחברים אותו בטור למעגל בו רוצים למדוד את הזרם. בניסוי זה בוחרים תחום של. 0-5A
הוראות להרכבת המערכת א. ב. ג. ד. ה. ו. ז. ח. ט. להדק את לולאת האלומיניום במאונך לבסיס לוח העץ. ללפף את תיל הליפוף סביב לולאת האלומיניום (כ 5 כריכות ( ולהקפיד שהקצוות של התיל יהיו רחוקים מהלולאה. להניח את המצפן במרכז לוח העץ. אפשר לוודא את זה ע"י הסתכלות מלמטה דרך החור שבמרכז הלוח ובדיקה שאמצע המצפן נמצא במדויק מעל החור. לסובב את המערכת כך שהמצפן מצביע על זווית אפס ומישור הלולאה מקביל למחט המצפן (המישור יהיה בכיוון צפון דרום). לחבר ע"י תיל שבקצהו בננה ומצבט תנין את קצה התיל המלופף על הלולאה לאמפרמטר ואת הקצה השני של התיל יש לחבר לקצה של הנגד המשתנה. את היציאה השנייה של האמפרמטר לחבר למקור המתח. את הגררה של הנגד המשתנה יש לחבר עם תיל ליציאה של מקור המתח. להדליק את מקור המתח להדליק את מקור המתח, לוודא שמד הזרם מודד זרם בתחום הנכון. אם סטיית האמפרמטר היא לכיוון השלילי,יש להפוך את חיבור התילים למד הזרם. להסתכל על מחט המצפן ולוודא שיש סטייה מהצפון. אם הסטייה היא בכוון הזוויות שהן בתחום בין 270 ל 360 מעלות,יש להפוך את כוון הזרם ע"י החלפת החיבורים אל הדקי הספק( לא לשכוח להחליף גם את החיבורים לאמפרמטר אם האמפרמטר אינו דיגיטלי). למדוד את זווית הסטייה ואחר כך להפוך את קוטביות חיבור התילים ולוודא שזווית הסטייה שמתקבלת בשני המצבים (קוטביות וקוטביות הפוכה) תהיה שווה. (אם האמפרמטר לא דיגיטלי צריך להחליף גם את החיבורים לאמפרמטר). אם הזווית אינה שווה, יש לסובב בעדינות את המערכת עד שבשני המצבים תתקבלנה אותן זוויות סטייה. במצב זה להדק את מערכת הגלוונומטר בנייר דבק לשולחן. זהו המצב שבו מתחילים את המדידות. להרחיק ככל האפשר את חלקי המעגל האחרים כמו תילי החיבור ומקור המתח מהגלוונומטר כדי שלא ישפיעו על המדידות וגם להרחיק עצמים שיש בהם ברזל מסביב למערכת. מדידות, עיבוד התוצאות וניתוחן א. לבנות טבלה שיש בה ארבע עמודות: עמודה עבור הזרם החשמלי, עמודה עבור זוויות הסטייה, עמודה עבור טנגנס הזווית ועמודה עבור השדה המגנטי במרכז הלולאה. ב. למדוד את קוטר הלולאה ע"י סרגל. לוודא שמודדים את קוטר הלולאה : המרחק בין מרכזי התילים המלופפים על הלולאה ולא מקצה לולאת האלומיניום.
ג. לשנות את הזרם במעגל ע"י שינוי מקום הגררה של הנגד המשתנה ולמדוד את זווית סטיית המצפן. ד לשנות את ערכי הזרם כך שערכי הזוויות יהיו במרווחים 10 של. מעלות. לזוויות הגדולות מ 60 מעלות. יש להקפיד להסתכל על המצפן מלמעלה ולא מהצד. עבור כל זווית סטייה שהתקבלה, המתאימה.. ה לחשב את טנגנס הזוויות ולרשום לחשב את השדה המגנטי במרכז הלולאה ע:י הנוסחה הבאה הערכים המחושבים עבור הזרמים השונים בעמודה המתאימה. את ערכו 0IN B 2 R ו. לשרטט גרף של טנגנס הזווית כפונקציה של השדה המגנטי במרכז הלולאה ז. למדוד שיפוע הגרף ח. לחשב מהשיפוע את השדה המגנטי הארצי (זה שווה להופכי של השיפוע ( אין ט. להשוות את הערך של השדה המגנטי שהתקבל מהניסוי עם הערך המופיע בספרות. להגיע בעמודה ולרשום את רמה ב' הפיזיקה עליה מתבסס הניסוי השדה הנוצר במרכז לולאה מעגלית נושאת זרם., R N עוצמת השדה המגנטי במרכז לולאה מעגלית, בעלת כריכות, שרדיוסה : ושזורם דרכה I זרם נתונה בנוסחה הבאה μ o B 2 I R N השדה במרכז הלולאה :, μ 0 4π 10-7 N 2 A 12.57 10-7 T m A כאשר T טסלה, m מטר, A אמפר, N ניוטון. כיוון השדה המגנטי מאונך למישור הלולאה (ניצב לדף). ווקטור השדה המגנטי הארצי מורכב משני רכיבים: B H 1) רכיב אופקי מצפן המונח במישור האופקי. המכוון מדרום לצפון, ועליו תתייצב המחט המגנטית של
B V אם יש שדות נוספים בסביבה המחט תתייצב בכיוון השדה האופקי השקול. 2) רכיב אנכי המכוון אנכית מטה, שבגללו שואפת מחט המצפן "להרכין ראש" ובדרך כלל אין הוא משפיע על המצפן (כי המצפן יכול להסתובב רק במישור האופקי). בניסוי, הרכיב האופקי של השדה המגנטי הארצי,BH מאונך לווקטור השדה המגנטי במרכז הלולאה.BI מחט המצפן מתייצבת בזווית θ יחסית לכוון הרכיב האופקי של השדה המגנטי הארצי. BI tan θ =BI/BH BH θ המלצות דידקטיות תרשים 1 א. ב. ג. ד. יש לדאוג במהלך כל הניסוי שהשדה המגנטי של הלולאה והשדה המגנטי הארצי האופקי יהיו מאונכים זה לזה ולכן חשוב מאוד לעשות את תהליך הכיול כאשר מודדים את הזוויות בשני הכוונים של סטיית מחט המצפן וחשוב שיתקבל אותו ערך של סטייה בשני הכיוונים. להרחיק מהלולאה כל דבר שיכול להשפיע על סטיית מחט המצפן כמו תילים נושאי זרם היוצרים שדה מגנטי או חלקים מברזל, שהוא חומר פרומגנטי שמשפיע מאד על סטיית המחט המגנטי. לדאוג שהמצפן יהיה במרכז הלולאה כי הנוסחה תקפה רק למרכז הלולאה. כדי שאחוז השגיאה בניסוי יהיה קטן ככל האפשר לא צריך להגדיל את הזווית לערכים גדולים (מכסימום 60 מעלות), כי בזוויות גדולות שינוי קטן בזוית גורם לשינוי גדול בטנגנס הזוית.
ניסוי המשך : אפשר לשנות את השדה המגנטי במרכז הלולאה ע"י השארת הזרם קבוע ושינוי מספר הכריכות.