תלמיד במגמת פיזיקה רצה למדוד את הרכיב האופקי של השדה המגנטי של כדור הארץ, B_E∥, באזור מגוריו. לשם כך הוא התקין מערכת ניסוי: הוא השחיל תיל מוליך ארוך וישר דרך נקב שבמרכז שולחן, ומתח אותו כך שהתיל היה ניצב למישור השולחן. על השולחן הוא מיקם ארבעה מצפנים a, b, c ו־d, כל אחד במרחק r מהתיל, לפי הכיוונים המוצגים בתרשים 1 שלפניך.

כאשר התלמיד הזרים בתיל זרם שכיוונו אינו נתון ועוצמתו I = 8.5A, המחט של מצפן a הסתובבה עם כיוון השעון, והתייצבה בזווית α (ראה תרשים 2).

סעיף א. העתק את תרשים 2 למחברתך, וסמן בנקודה O את הכיוונים של השדות המגנטיים הפועלים על המחט של מצפן a: את כיוון הרכיב האופקי של השדה המגנטי של כדור הארץ, B_E∥, ואת כיוון השדה המגנטי, B_I, שיוצר הזרם.

קבע אם כיוון הזרם בתיל היה מעלה ('החוצה מן הדף') או מטה ('אל תוך הדף'). נמק את קביעתך.

בטא את tan(α) כפונקציה של I באמצעות r, B_E∥ ו־μ0.

נתון: α = 37°, r = 10 cm.

סעיף ד. חשב, בעזרת הביטוי שפיתחת בסעיף ג, את גודלו של הרכיב האופקי של השדה המגנטי של כדור הארץ, B_E∥, באזור מגוריו של התלמיד.

התלמיד רצה לבחון את הכיוונים שבהם יתייצבו מחטי המצפנים בעקבות מעבר זרם בתיל. לשם כך הוא הגדיל בהדרגה את עוצמת הזרם I עד ערך מסוים והרעיד מעט את השולחן שהמצפנים היו מונחים עליו. נתון כי במצפן a המחט התייצבה בזווית α והיא שווה כעת 55°.

סעיף ה. לפניך ארבעה תרשימים 1-4, רק אחד מהם מתאר נכון את כיווני המחטים של כל המצפנים. קבע איזה מן התרשימים הוא הנכון. נמק את קביעתך.

במקרה אחר התלמיד הסיר את התיל והניח במרכז השולחן מגנט מוט.

סעיף ו. לפניך ארבעה תרשימים 1-4, רק אחד מהם מתאר נכון את כיווני המחטים של כל המצפנים ואת מגנט המוט. קבע איזה מן התרשימים הוא הנכון.