Принципиальные методы измерения напряженности и индукции магнитного поля в магнетиках

Прямое измерение индукции магнитного поля

Прямое измерение индукции магнитного поля при помощи витка с током основано на явлении электромагнитной индукции Фарадея.

Напомним один из основных законов электромагнетизма.

Как измерить индукцию магнитного поля прямым методом? Сначала проводник в виде небольшой плоской петли замыкают на гальванометр и ориентируют так, чтобы линии магнитной индукции магнитного поля были перпендикулярны плоскости проводника. Затем проводник поворачивают вокруг своей оси на $90°$. По закону электромагнитной индукции через гальванометр при этом должен пройти импульс тока. Измерив этот импульс, определяют среднее значение магнитной индукции $B$ в области петли. 

Косвенные методы измерение напряженности и индукции магнитного поля

Прямое (непосредственное) измерение величины $B$ описанным выше способом возможно не всегда. Например, так невозможно измерить индукцию магнитного поля в веществе. 

Необходимо принимать во внимание, что при переходе границы магнетика нормальные составляющие вектора магнитной индукции и тангенциальные составляющие вектора напряженности непрерывны. 

Как измеряют вектор магнитной индукции в веществе? Для этого в исследуемом материале делают полость и проводят измерение. Также при обработке результатов учитывают форму полости.

Способ 1. В магнетике делают параллельный магнитному полю и бесконечно узкий канал. Так как канал бесконечно узкий, можно принять, что напряженность поля в нем и в окружающем магнетике одинаковы. В канал помещается пробный виток, измеряется величина магнитной индукции. Так как в канале отсутствует вещество магнетика и $\mu =1$, получаем:

$\overrightarrow{B}={\mu }_0\overrightarrow{H}$.

Способ 2. В магнетике создают бесконечно узкую щель. Удаление вещества, учитывая бесконечно малый размер щели, не сказывается на магнитном поле (удалением вещества можно пренебречь). Измеряя индукцию в щели, узнаем индукцию магнитного поля в веществе.

Измерение напряженности магнитного поля методом Гаусса

Данный метод применяется для измерения магнитного поля Земли.

На этом определении и базируется суть метода. Для измерения напряженности магнитного поля методом Гаусса берется постоянный магнит в форме стержня, намагниченный параллельно оси. Если поместить такой магнит в постоянное магнитное поле с индукцией $\overrightarrow{B}$, на него будет действовать вращающий магнитный момент $\overrightarrow{M}$.

$\overrightarrow{M}=\left[\overrightarrow{P_m}\overrightarrow{B}\right]$.

Здесь $\overrightarrow{P_m}$ - магнитный момент стержня. Под действием момента $\overrightarrow{M}$ стержень, вращаясь вокруг своего центра масс, придет в состояние равновесия и установится вдоль вектора поля $\overrightarrow{B}$. При небольших отклонениях от положения равновесия возникают колебания с периодом $T=2\pi \sqrt{\frac{\theta }{\overrightarrow{P_m}\overrightarrow{B}}}$, где $\theta$ - момент инерции стержня. 

Магнит-стержень закрепляется перпендикулярно магнитному полю $\overrightarrow{B}$, а на расстоянии $r$ от его центра помещается маленькая магнитная стрелка. Стержень можно считать магнитным диполем, а для магнитного поля стержня в месте нахождения стрелки можно записать:

$B_1=\frac{2P_m}{r^3}$.

Под воздействием полей $\overrightarrow{B}$ и ${\overrightarrow{B}}_1$ стрелка установится под углом $\alpha$ к постоянному магнитному полю:

$tg\alpha =\frac{B_1}{B}=\frac{2P_m}{B{r}^3}$.

Измеряя период $T$ и вычисляя угол $\alpha$, находят магнитный момент стержня и значение индукции магнитного поля.