§ 123. Приборы для измерения магнитной индукции.

С. помощью магнитной стрелки, подвешенной на упругой нити, мы можем, как указывалось в § 120, сравнивать магнитную индукцию различных полей. С этой целью можно использовать крутильные весы, подобные крутильным весам Кулона (§ 10), головка которых снабжена делениями для отсчета угла закручивания нити, а положение концов стрелки отсчитывается по делениям на защитном цилиндре. Такой прибор можно назвать магнитометром. Подвешенная на упругой нити стрелка, в отличие от свободной стрелки, будет находиться в равновесии лишь тогда, когда вращающий момент, создаваемый полем, равен и противоположен вращающему моменту, создаваемому закрученной нитью. Если стрелка расположена вдоль магнитного поля (), т. е. , то и нить не должна быть закручена (нулевое положение). Закрутив нить на больший или меньший угол, можно добиться равновесия стрелки при любой ориентации. По углу закручивания нити определяют при помощи расчета или предварительной градуировки (см. том I) вращающий момент нити, а следовательно, и вращающий момент поля. Таким образом, можно определить максимальный вращающий момент поля , который соответствует , т. е. положению, при котором направление стрелки перпендикулярно к направлению магнитного поля.

Подобный статический магнитометр построить нетрудно, но приборы этого рода не обладают достаточной чувствительностью и точностью. Поэтому во многих случаях предпочитают измерять действующий на стрелку вращающий момент из наблюдений над качаниями стрелки. Магнитная стрелка, отклоненная из положения равновесия в магнитном поле, прежде чем вернуться в это положение, совершает несколько колебаний около него, подобно тому как качается выведенный из положения равновесия маятник. Если стрелка довольно массивна и испытывает малое трение, то она может совершить много колебаний, прежде чем остановится. Поэтому можно точно измерить период колебаний, т. е. время, за которое совершается полное колебание, от крайнего положения до возвращения к нему же. Расчет такого колебания показывает, что период его тем меньше, чем больше вращающий момент, с которым поле действует на стрелку, т. е. чем больше магнитная индукция поля. Таким образом, сравнивая периоды колебания одной и той же стрелки в различных полях, мы можем надежно сравнивать значения магнитной индукции различных полей. Такие динамические магнитометры с успехом применяются при измерении магнитной индукции слабых полей, например магнитного поля Земли.

Помимо этих способов, основанных на измерении вращающего момента, с которым поле действует на магнитную стрелку, можно пользоваться для измерения магнитной индукции поля различными другими явлениями, в которых проявляется действие магнитного поля (§ 118). Часто, например, пользуются для этой цели свойством висмута изменять свое электрическое сопротивление под действием магнитного поля. Из висмутовой проволоки изготовляют плоскую спираль (рис. 215) и помещают ее в исследуемое место поля. Измерив сопротивление спирали в поле и вне его, мы по изменению сопротивления заключаем о магнитной индукции поля. Конечно, висмутовая спираль должна быть заранее проградуирована, т. е. должно быть определено, как изменяется ее сопротивление, когда она помещается в магнитные поля с уже известной индукцией. Пример такой градуировочной кривой приведен на рис. 216. Висмутовая спираль пригодна для измерения сильных полей, например полей электромагнитов, индукция которых в тысячи раз превосходит индукцию магнитного поля Земли.

Рис. 215. Висмутовая спираль для измерения магнитной индукции

123.1. Пользуясь рис. 216, определите магнитную индукцию поля, в котором сопротивление висмутовой спирали равно 26 Ом, если вне поля сопротивление ее равнялось 20 Ом.

Рис. 216. Зависимость электрического сопротивления  висмута от магнитной индукции . Сопротивление  висмута вне поля принято за единицу