Опыт датского ученого Х.К. Эрстеда в 1820 году, является первым экспериментальным доказательством взаимосвязи электрических и магнитных явлений. Повторить эксперимент можно и сейчас в домашних условиях. Обратим внимание, что при выполнении классического опыта Эрстеда существуют три погрешности. Учтем и минимизируем выявленные погрешности, обеспечив тем самым более высокое качество эксперимента.
Стоит ли вообще повторять опыт, который известен более 200 лет? Определенно да, так как на результатах опыта, строятся основные постулаты электромагнитной теории. Повышение качества эксперимента позволит либо подтвердить, либо опровергнуть известные постулаты.
Итак, в нашем эксперименте, вместо вольтова столба используем мощные аккумуляторные батареи 12В емкостью 100А/ч в количестве 8 единиц, соединенных параллельно. Цель максимально увеличить силу тока в проводнике. Батареи обеспечивают наиболее стабильный постоянный ток.
Комплект батарей позволяет получить ток 950 Ампер в течении десяти секунд.
С ростом тока пропорционально возрастает напряженность магнитного поля вокруг проводника и это положительно сказывается на результатах. Известно, что общая напряженность магнитного поля складывается из различных магнитных полей. При малом уровне тока в проводнике необходимо учитывать влияние естественного магнитного поля Земли на отклонение стрелки. Магнитное поле Земли на широте 44° составляет величину 45-55 мкТл. Увеличение уровня тока позволяет достичь уровня магнитного поля проводника на порядок выше уровня магнитного поля Земли, и дополнительному снижению погрешности от влияния других «второстепенных» магнитных полей.
Кроме того, получаем большую напряженность магнитного поля тем самым увеличивая момент сил, влияющих на стрелку.
Безусловно проводник выбираем большего сечения для того, чтобы выдержать килоамперы тока. Используем одножильный медный проводник круглого сечения 50 мм2. Медь выбрана в качестве токоведущей части проводника из-за её низкой намагничиваемости. Стальные или алюминиевые проводники могут вызвать вторичную намагничиваемость и поэтому не рассматриваются.
В классическом опыте Эрстеда проводник и стрелка располагались в направлении север-юг.
При включении тока у Эрстеда стрелка поворачивалась перпендикулярно проводнику. Однако, именно такое расположение приводит к большей погрешности, т.к. на стрелку в таком положении действует максимальный магнитный момент поля Земли.
Определенно минимизация влияния магнитного поля Земли достигается первичным расположением проводника перпендикулярно силовым линиям магнитного поля Земли. При включении тока стрелка поворачивается параллельно направлению север-юг и тогда момент поля Земли минимален, sin A → 0. Таким образом, рассчитывать и находить магнитный момент стрелки не требуется.
Не забудем разместить проводника подальше от второстепенных магнитных полей металлических конструкций зданий, внутренней проводки, мебельной фурнитуры на высоте 2 метра от поверхности Земли.
Важно! В качестве магнитной стрелки используется стрелка от буссоли ОБК. Стрелка вынимается из корпуса, чтобы исключить вторичную намагниченность корпуса буссоли, которая приводит к случайному отклонению положения стрелки. Данная погрешности не может быть устранена при проведении измерений с помощью цельного комплекта буссоли. Стрелка представляет собой длинную узкую железную полосу, с выраженными полюсами на конце.
В качестве оси стрелки используется медная игла длинной 7 мм, закрепленная на пластиковом немагнитном основании. Длина стрелки составляет 140мм, цена деления 0,5°. Обычные туристические компасы со стрелками длинной 4 см имеют цену деления 5-10°. Точность измерений обычными компасами на порядок ниже применяемой стрелки от буссоли ОБК. Для снижения погрешности вызванной неправильной балансировкой и разной длиной северного и южного конца стрелки производилось перемагничивание полюсов стрелки и измерения повторяются.
К подготовке эксперимента подходим тщательно.
Пишите, если дополнительно заметили какие-либо мелочи, влияющие на погрешность опыта.
В следующей статье описываются невероятные результаты, полученные при проведении уточненного опыта Эрстеда.