Проведение измерений

1. Установить плоскость витков катушки в плоскости зем­ного меридиана, поворотом тангенс - гальванометра, ориентиру­ясь по магнитной стрелке как по компасу. Вблизи не должно быть железных предметов, влияющих на стрелку. Подключить макет к внешнему источнику тока, соблюдая полярность. Настойку источника питания на требуемое напряжение и ток осуществляет преподаватель.

2. Установить тумблер «ПОЛЯРНОСТЬ» в любое крайнее положение и регулировать ток потенциометром «ТОК», наблюдая за отклонениями магнитной стрелки и стрелки миллиамперметра. В результате установить диапазон изменения β и I.

3. В установленном диапазоне изменения β намечают n = 6...8 зна­чений, которые будут измеряться. Каждый угол устанавливают подбором силы тока. В ориентировке тангенс - гальванометра по меридиану возможна угловая не точность, из-за которой наруша­ется перпендикулярность векторов и . Для исключения этой неточности следует каждый угол β отсчитывать дважды - при отклонениях стрелки влево и вправо, изменяя для этого направ­ление тока в катушке с помощью тумблера «ПОЛЯРНОСТЬ». Если от­клонения влево и вправо получаются одинаковые, то неточность ориентировки пренебрежимо мала. Если же отклонения влево и вправо заметно различаются, то в качестве значения β надо запи­сывать их полу сумму, так как в этом случае завышение угла поворота в одну сторону компенсируется занижением в другую.

4. Результаты 6...8 измерений заносят в таблицу, содержащую: номер измерения n, силу тока I(А); среднее значение угла откло­нения стрелки влево – вправо β, , H₀(А/м).

5. Записывают параметры тангенс – гальванометра N, R и C.

Обработка результатов и погрешность измерений

Сначала определяют качество выполненных измерений, по­строив для этого вспомогательный график зависимости β от I. Если экспериментальные точки ложатся на плавную кривую, а не "скачут" вверх-вниз, то результаты можно обрабатывать. В противном случае надо повторить эксперимент с большей тщатель­ностью.

Для вычисления инструментальной погрешности сначала выводят формулу погрешности, исходя, из расчетной формулы . Величину N можно считать достаточно точной, поэтому учитывают только погрешности измерений I, и .

Прологарифмировав, а затем продифференцировав расчет­ную формулу, находят формулу для относительной погрешности:

.

Абсолютная погрешность определения угла составляет . Абсолютная погрешность определения радиуса витков катушки . Абсолютная погрешность опре­деления силы тока выражается через класс точности милли­амперметра: , где - максимально предельное значение силы тока, которое можно измерить этим прибором.

Подставляя в формулу вычисления погрешности значения и для одной из строк таблицы результатов (№ 3 или № 4), вычисляют от­носительную и абсолютную инструментальную по­грешности однократного измерения H₀. Выполнять расчеты для всех строчек таблицы результатов нет необходимости. Дос­товерными можно считать все значения H₀, которые будут лежать внутри интервала между и , где - средне­е арифметическое значение для всех измеренных значений H₀.

В заключение выполняют статистическую обработку всего массива из n значений , которые признаны доброкачественны­ми. Для этого вычисляют среднеквадратичное отклонение S:

,

Но из-за того, что в массиве всего n = 6…8 значений , доверительный интервал необходимо расширить в t_α,n раз. Коэффициент Стьюдента t_α,n выбирают, зная и задавая на основе оценки инструменталь­ной погрешности доверительную вероятность . В данной работе берут равной 90 % , и тогда для , значение t_α,n . Результаты статистической обработки массива данных формули­руют так: все последующие измерения H₀ должны будут с вероят­ностью попадать внутрь интервала (указы­вают числовые значения ). Табличное значение H₀ тоже должно попадать внутрь этого интервала.