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

64 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

71412. ЧИСТОТА КАК КОМУНИКАТИВНОЕ КАЧЕСТВО РЕЧИ 32.62 KB
  Диалектизмы слова обороты которые являются принадлежностью не общего языка народа а того или иного местного говора территориального диалекта. Диалектные слова в официальной речи порождают неясность мысли путаницу понятий влекут за собой трудность взаимного общения.
71413. ВЫРАЗИТЕЛЬНОСТЬ КАК КАМУНИКАТИВНОЕ КАЧЕСТВО РЕЧИ 33.05 KB
  Выразительность — это качество речи, которое своими свойствами и особенностями поддерживает внимание и интерес у слушателей (читателей). И действительно, какой бы содержательностью ни отличалась та или иная речь, она ничего не стоит, если невнятна, плохо слышна и изобилует...
71414. БОГАТСТВО КАК КАМУНИКАТИВНОЕ КАЧЕСТВО РЕЧИ 28.66 KB
  Богатая речь -– это речь в которой запас слов моделей словосочетаний и предложений находящихся в активном словаре является большим чем в обычном наборе и используется для незатруднительного и целесообразного общения. Под активным словарем понимают тот запас слов который говорящий...
71415. ИЗОБРАЗИТЕЛЬНО-ВЫРАЗИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ЯЗЫКА 34.51 KB
  Антонимы разные слова относящиеся к одной части речи но противоположные по значению. Противопоставление антонимов в речи является ярким источником речевой экспрессии усиливающей эмоциональность речи. Синонимы это слова относящиеся к одной части речи выражающие одно...
71416. ОСОБЕННОСТИ ОРАТОРСКОЙ РЕЧИ 29.22 KB
  Ораторская речь - это разновидность публичной речи цель которой воздействие на публику стремление изменить ее взгляды убеждения настроения и даже поведение. Учение об убеждающей речи возникло в Древней Греции и называлось риторикой. Синонимом риторики является понятие ораторское искусство...
71417. РЕЧЕВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ. СТРУКТУРА РЕЧЕВОЙ КОММУНИКАЦИИ 28.52 KB
  Общение дает возможность человеку передать свои мысли раскрыть свои чувства и переживания помогает организовать совместную работу наметить и обсудить планы реализовать их. Человеческое общение по данным исследователей на две трети состоит из речевого.
71418. РЕЧЕВОЙ ЭТИКЕТ 29.83 KB
  Речевой этикет РЭ -– это правила речевого поведения. Речевой этикет как раз та область языковых единиц которые обслуживают функцию вежливости. Речевой этикет сложившаяся в языке и речи система устойчивых выражений употребляющихся в ситуациях установления и поддержания контакта.
71419. ОСОБЕННОСТИ ОФИЦИАЛЬНО-ДЕЛОВОЙ РЕЧИ 28.12 KB
  Официально-деловой стиль -– это стиль который обслуживает правовую и административно-общественную сферы деятельности. Термином официально-деловой стиль принято обозначать особенности языка служебных в первую очередь организационно-распорядительных акт отчет служебное письмо постановление приказ...
71420. ПУБЛИЦИСТИЧЕСКИЙ СТИЛЬ 29.3 KB
  Тенденция к экспрессивности выражается в стремлении к доступности и образности формы выражения что характерно для художественного стиля и разговорной речи в публицистической речи переплетаются черты этих стилей. С одной стороны в публицистической речи присутствует достаточное количество...