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

66 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

64468. ПРОДУКТИВНІСТЬ РОЗЛУСНОЇ КУКУРУДЗИ ЗАЛЕЖНО ВІД ГУСТОТИ РОСЛИН І МІНЕРАЛЬНОГО ЖИВЛЕННЯ В ПІВНІЧНІЙ ПІДЗОНІ СТЕПУ УКРАЇНИ 516.47 KB
  Мета роботи –встановити оптимальні параметри передзбиральної густоти стояння рослин основного обробітку ґрунту і рівня мінерального живлення для нових гібридів розлусної кукурудзи в умовах північної підзони Степу України.
64469. Врожайність і якість насіння сої при поєднанні хімічних і агротехнічних прийомів боротьби з бур’янами в східній частині Лісостепу України 271.5 KB
  У теперішній час на посівах сої використовується ряд високоефективних гербіцидів для боротьби з однорічними видами бур'янів. Проте вплив їх на забур’яненість посівів ріст розвиток формування азотфіксуючих бульбочок врожайність...
64470. Автоматичне антипомпажне регулювання відцентрового нагнітача дотискувальної компресорної станції 607 KB
  Для того щоб мережа підземного зберігання природного газу забезпечувала високу надійність функціонування єдиної системи газопостачання необхідно забезпечити стійку роботу компресорів ДКС ПСГ при змінах динамічного опору в колекторі...
64471. Наукова, педагогічна та громадська діяльність професора А.Є. Зайкевича (друга половина ХІХ століття – 1931 р.) 200 KB
  Одним із важливих завдань історика науки і техніки є вивчення місця й ролі непересічної особи, вченого у вітчизняній історії, його впливу на розвиток наукової думки, формування нових перспективних напрямків досліджень, використання їх прикладних аспектів у виробництві.
64472. Удосконалення основних агротехнічних прийомів вирощування цукрових буряків сучасних гібридів у лівобережній частині Лісостепу України 219 KB
  На сьогодні потенційні біологічні можливості цукрових буряків сучасних гібридів реалізуються в середньому на 50-60 %. Значною мірою це пояснюється невідповідністю окремих агротехнічних прийомів і їх поєднання біологічним вимогам рослин.
64473. Розчини і бетони з добавками ПАР та електроліту форміату натрію 232.5 KB
  Продукт містить від 70 до 90 форміату натрію що дає підставу дослідити ФНТ в цементних розчинах та бетонах в якості електроліту в складі комплексних добавок. Продукт ФНТ і комплексні добавки на його основі у якості дисперсних водорозчинних...
64474. ПІДГОТОВКА МАЙБУТНЬОГО ВЧИТЕЛЯ ТРУДОВОГО НАВЧАННЯ ДО ПРОЕКТНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ У ПРОЦЕСІ ВИВЧЕННЯ СПЕЦІАЛЬНИХ ДИСЦИПЛІН 157 KB
  Вона є найбільш придатною для повноцінного розвитку особистості підготовки її до майбутньої трудової діяльності оскільки дозволяє спрямувати навчання на особистість її потреби та інтереси.
64475. ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ФРИКЦІЙНОГО ЗМІЦНЕННЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН 209.5 KB
  Прогресивним напрямком у машинобудуванні є застосування технологічних методів поверхневої обробки та зміцнення робочих поверхонь деталей машин з використанням висококонцентрованих джерел енергії зокрема...
64476. ЗАКОНОМІРНОСТІ ФОРМУВАННЯ СТРУКТУРИ І ВЛАСТИВОСТЕЙ НАДТВЕРДИХ КОМПОЗИТІВ В СИСТЕМІ КУБІЧНИЙ НІТРИД БОРУ – ДИБОРИД ТИТАНУ – АЛЮМІНІЙ В УМОВАХ ВИСОКОГО ТИСКУ 798.14 KB
  Міжнародний стандарт специфікації і застосування твердих інструментальних матеріалів ISO513:2001 ставить вимоги до PCBN в залежності від конкретних операцій і конкретних класів оброблюваних матеріалів.