12368

Магнитное поле Земли. Измерение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли

Лабораторная работа

Физика

Измерение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли. Цель работы: измерение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли. Магнитное поле Земли. Магнитное поле Земли подобно полю равномерно намагниченного шара. Полюса м

Русский

2015-01-27

141 KB

65 чел.

Лабораторная работа № 9

«Измерение горизонтальной составляющей магнитного поля

Земли»

1. Цель работы: измерение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.

2. Магнитное поле Земли.

Магнитное поле Земли подобно полю равномерно намагниченного шара. Полюса магнита располагаются недалеко (~300 км) от географических полюсов. Магнитный полюс Земли, который расположен на севере, называется Южным магнитным полюсом, другой, соответственно на юге – Северным магнитным полюсом. Дополнительно к этому часто используются обозначения: Южный геомагнитный полюс (Северный магнитный) и Северный геомагнитный полюс (Южный магнитный).

Через магнитные полюса Земли можно провести линии больших кругов – магнитные меридианы, перпендикулярно к ним – линию большого круга – магнитный экватор и параллельно последнему линии малых кругов – магнитные параллели. Таким образом, каждой точке на Земле будут соответствовать не только географические, но и магнитные координаты. Координаты магнитных полюсов: северного 78о ю.ш., 111о в.д. и южного 78о с.ш., 69о з.д. Магнитная ось наклонена относительно географической на 11о и смещена на 1140 км в сторону Тихого океана. Магнитные полюса и ось со временем изменяют свое положение.

Рис.9.1. Магнитное поле Земли.

Линии магнитного поля выходят приблизительно из центра Земли через Южное полушарие и, обогнув Землю, возвращаются к ее центру через Северное полушарие. Характеристики магнитного поля Земли на поверхности планеты меняются в следующих пределах: полная индукция магнитного поля B0 – от +62 до –73 мкТл, горизонтальная составляющая Вг – от 0 до 41 мкТл.

Магнитное поле Земли претерпевает вековые вариации (в настоящее время поле уменьшается приблизительно на 1% за каждые 10 лет).

В действительности магнитное поле Земли имеет более сложную конфигурацию, чем поле однородно намагниченного шара, так как к нему добавляются поля неоднородных материковых плит, магнитных аномалий верхней части земной коры (в районе Курской магнитной аномалии В0 достигает 200 мкТл), внеземные магнитные поля. На постоянное поле В0 накладываются также более слабые (до 2%) переменные магнитные поля различной природы.

Разработанной теории геомагнитного поля в настоящее время не существует. Предполагается, что главным источником магнитного поля являются вихревые токи в жидком ядре Земли.

3. Описание экспериментальной установки.

В данной лабораторной работе для измерения магнитного поля Земли используется тангенс-буссоль, представляющая собой катушку, в центре которой располагается магнитная стрелка, способная вращаться вокруг вертикальной оси. На рис.9.2 иллюстрируется принцип работы тангенс-буссоли.

Рис.9.2. Схема экспериментальной установки.

Плоская вертикальная катушка сориентирована так, что плоскость ее витков лежит параллельно магнитному меридиану N-S. После включения тока магнитная стрелка ориентируется вдоль результирующего поля , являющегося векторной суммой магнитных полей катушки с током к и горизонтальной составляющей магнитного поля Земли г, то есть оказывается повернутой на угол φ.

Как видно из рис.9.2:

Вгк/tg φ. (9.1)

Магнитное поле на оси круговой катушки рассчитывается по формуле:

Вк=. (9.2)

Здесь I – ток в катушке, N – число витков, R – радиус катушки.

4. Порядок выполнения работы.

4.1. Установите катушку на штырь на основании установки. Установите в катушке съемный столик-пластину, на столик положите компас. Перед проведением опыта удалите постоянный магнит не менее чем на 1 м от катушки, и положите его плашмя. Убедитесь, что поле магнита не влияет на стрелку компаса.

4.2. Соберите схему, приведенную на рис.9.2. В качестве измерителя тока используется мультиметр портативный типа М830В, работающий в режиме вольтметра. Необходимые элементы схемы расположены на модуле МО3.

4.3. Пропуская через катушку постоянный ток, получите отклонение стрелки на угол φ. Измерить необходимый для этого ток в катушке по показаниям вольтметра. Результаты измерений внесите в табл.9.1.

Таблица 9.1.


φ
, град

35

40

45

50

55

tg φ.

U, В

I, мА

Вг, мкТл

4.4. Рассчитать горизонтальную составляющую магнитного поля Земли:

Вг=μ0NI/(2Rtg φ). (9.3)

Здесь R=35,0±2,0 мм – средний радиус катушки, N=400±2 – число витков катушки. Результаты расчета внести в табл.9.1.

4.5. Оценить абсолютную и относительную погрешность измерения Вг. Погрешность эталонного сопротивления R0 составляет 5% от номинального значения. Погрешность мультиметра – 1% от измеренной величины.

5. Контрольные вопросы.

5.1. Магнитное поле и его характеристики.

5.2. Применение закона Био-Савара-Лапласа для расчета магнитной индукции на оси кругового тока.

5.3. Магнитное поле Земли.

5.4. Устройство и принцип работы тангенс-буссоли.


Рекомендуемая литература.

  1.  Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: Учеб. пособие для втузов.– 2-е изд., испр. и доп.– М.: Высш. шк., 1999.– 718 с.: ил.
  2.  Савельев И.В. Курс общей физики: Учеб. пособие. В 3-х т. Т.2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. – 3-е изд., испр. –М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. 496 с., ил.
  3.  Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов.– 5-е изд., стер.– М.: Высш. шк., 1998.– 542 с.: ил.

4

  1.  

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

50208. Вивчення дисперсійної спектральної призми 242.5 KB
  Гоніометр Г5М складається з таких основних частин: коліматора суміщеного з ртутною лампою яка захищена металевим кожухом поворотного столика зорової труби та основи гоніометра основа гоніометра; обєктив коліматора; об'єктив зорової труби; окуляр зорової труби; відліковий мікроскоп;...
50209. Нечеткая логика 68 KB
  Различать степени изменения лингвистической переменной в трех степенях – «Очень – Нормально – Слабо» Б. Изменять порог чувствительности. 1. Казанова – Генрих VIII – верный лебедь
50210. Визначення продуктивності ультразвукового прошивального верстата 476.5 KB
  Плакати: загальний вид ультразвукового верстата й схема його роботи. Призначення ультразвукового прошивального верстата Ультразвуковий прошивальний верстат призначений для виготовлення або доведення отворів різної форми в деталях із твердих тендітних матеріалів як струмопровідних так і діелектриків стекло сітали кераміка ферити кремній германій рубін алмази тверді сплави й ін. Опис принципової схеми ультразвукового прошивального верстата мал.
50211. Визначення довжини світлової хвилі за допомогою біпризми Френеля 459 KB
  2 Прилади і матеріали Біпризма Френеля джерело світла – лампочка розжарювання розсувна щілина оптичний мікроскоп вертикальна масштабна шкала лінійка світлофільтри Опис установки Для пояснення методу отримання інтерференційної картини за допомогою біпризми Френеля необхідно використати оптичну схему яка наведена на рис. 1 1 – джерело світла із змінними світлофільтрами; 2 – конденсорна лінза; 3 –розсувна щілина; 4 – біпризма Френеля; 5 – оптичний мікроскоп. Увімкнути джерело світла 1 в мережу 220 В.
50212. Вивчення особливостей коливальної системи ультразвукових верстатів і визначення змін швидкості робочої подачі інструмента при прошиванні отвору 139.5 KB
  Перетворювача електричних коливань у механічні; Концентратора трансформатора пружних коливань який збільшує амплітуду коливань перетворювача та погоджує параметри перетворювача та навантаження; Виконують роль ланок резонансної довжини при пере дачі коливань від перетворювача інструмента та в робочу зону. Амплітуда коливань торця перетворювача звичайно не більше за 5.
50213. Дослідження властивостей напівпровідників методом ефекту Холла 75 KB
  Схема вимірювання питомого опору зразка і холлівської різниці потенціалів зображена на рис. – досліджуваний зразок; 1 – зонд для вимірювання холлівської напруги; 2 – зонд для вимірювання питомого опору. Зразки на яких проводяться вимірювання мають форму паралелепіпеда і закріплені на спеціальному держаку. Зонди для вимірювання питомого опору та холлівської напруги припаюють до зразка припоєм підібраним так щоб зменшити перехідний опір.
50215. Визначення радіуса кривизни лінзи допомогою кілець Ньютона 235 KB
  1 вміти описати утворення інтерференційних смуг однакової товщини та кілець Ньютона 2.5 Прилади і матеріали Мікроскоп плоскоопукла лінза великого радіуса кривизни плоскопаралельна пластинка освітлювач з блоком живлення світлофільтри Теоретичні відомості та опис установки Оптична схема для спостереження кілець Ньютона у відбитому світлі в даній лабораторній роботі наведена на рис. Якщо визначити експериментально радіуси темних – го і – го кілець Ньютона то із співвідношень 2.
50216. Проблеми та шляхи розвитку міжнародного ринку інформаційних технологій 557.5 KB
  Дослідження сутності міжнародного ринку інформаційних технологій та його ролі в світовій економіці; класифікація обʼєктів ринку інформаційних технологій; аналіз розвитку міжнародного ринку інформаційних технологій; знаходження механізму регулювання світового ринку інформаційних технологій; відображення напрямків розвитку міжнародного ринку інформаційних технологій.