Измерение индукции магнитного поля баллистическим методом

Описываемый метод был предложен профессором Московского университета А.Г.Столетовым и получил название баллистического метода. Он очень прост и удобен, позволяет с помощью простых экспериментальных средств получить надежные результаты.

В исследуемое магнитное поле помещается катушка, называемая измерительной, соединенная с баллистическим гальванометром. Размер катушки зависит от степени неоднородности магнитного поля. Чем больше неоднородность поля, тем меньшей должна быть катушка для более точного измерения поля в данной точке. Измерительная катушка с подключенным к ней баллистическим гальванометром представляет собой прибор, называемый флюксметром.

При измерениях катушку флюксметра ориентируют перпендикулярно к направлению линий магнитной индукции. Тогда магнитный поток через катушку будет равен:

Ф = BSN, (21)

где S — площадь сечения одного витка катушки, N — число ее витков, В — индукция поля в месте расположения катушки.

Если измерительную катушку повернуть на 90° или вынуть из поля (можно выключить ток, создающий магнитное поле), то магнитный поток через катушку станет равным нулю. При изменении магнитного потока через катушку от Ф до 0 в ней возникнет электродвижущая сила индукции

e_i . (22)

ЭДС индукции не будет оставаться постоянной в течение всего времени убывания магнитного потока, поэтому индукционный ток i также не будет постоянен. Он будет увеличиваться от 0 до некоторого максимального значения, а затем снова убывать до 0. Это приведет к возникновению в рамке гальванометра и в измерительной катушке ЭДС самоиндукции, равной

e_s , (23)

где L — коэффициент самоиндукции всей цепи флюксметра.

Так как ЭДС самоиндукции численно равна падению напряжения на чисто индуктивном сопротивлении цепи, то на основании второго закона Кирхгофа можно записать

, (24)

где R — активное сопротивление всей цепи флюксметра. Интегрируя выражение (24) за время t прохождения импульса индукционного тока, получим

. (25)

За время t индукция магнитного поля убывает от В до 0, а индукционный ток, как отмечалось выше, равен рулю в начале и в конце процесса убывания магнитного поля, т.е. i _нач = i _кон. Поэтому выражение (25) перепишется в виде

NSB = Rq,

где q — количество электричества, прошедшего через гальванометр за время t. Из последнего выражения находим

. (26)

Если известна баллистическая постоянная гальванометра b, то заряд можно найти по формуле q = bn_m/2 l, где n_m — максимальное отклонение «зайчика» по шкале гальванометра (максимальный отброс), l — расстояние от зеркала гальванометра до экрана. Это позволяет представить формулу (26) в виде

(27)

или

B = bn_m, (28)

где — некоторая постоянная величина для конкретной экспериментальной установки. Ее численное значение можно найти, зная технические данные установки R, b, N, S и l. Однако для выполнения относительных измерений (например, измерений распределения магнитного поля по поверхности постоянного магнита) можно принять значение максимального поля за 1. Если при этом максимальное отклонение «зайчика» составляет n₀, то

. (29)