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

63 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

74207. Бұрғылау машиналары және жабдықтары. Бұрғылау құралы. Шпурлар бұрғылауға арналған машиналар. Бұрғылау-кранды машиналар 1.45 MB
  Бұрғылау – бұл топырақ массивінде қирау заттарын сыртқа шығара отырып, цилиндрлік жазықтықтар түзу арқылы топырақты қирату процесі. Егер диаметрі 75 мм дейін және тереңдігі 9 м болса жазықтықтар шпурлар деп, ал өлшемдері үлкен болса бұрғы деп аталынады.
74208. Тиеп-түсіру машиналары. Тиегіштер түрлері. Жұмыс процесі 455.42 KB
  Жұмысшы жабдық нұсқаларының көптігі және жұмыс органдарының ауыспалылығы құрылыс тиегіштерінің жұмыс жасау облысын кеңейтіп оларды құрылыс тасымалының барлық этаптарында қолданылатын универсалды машинаға айналдырады. БФПТтердің жұмысшы жабдығы жебе коромысло тартқыш гидроцилиндрлер құратын рычагты механизмнен тұрады. Сонымен қатар түсіру биіктігін ондаған сантиметрге жоғарылатытын машинаның универсалдылығын арттыратын жақты шөміштер де қолданылады бірақ олар жұмысшы жабдықтың күрделенуіне қосымша гидравликалық контурлар орнату...
74209. Машиналардың ұсақтау типтері жәнеұсақталатын материал беріктігі мен ұсақталу дәрежесіне қарай оларды таңд. 1.43 MB
  Грохоттардың қолданылуы принциптік схемалары жұмыс процестері негізгі параметрлері мен жұмыс өнімділігі Жоспар: Машиналардың ұсақтау типтері және ұсақталатын материал беріктігі мен ұсақталу дәрежесіне қарай оларды таңдап алу. Тас жыныстарды бұзу мен уатудың механикалық процесі ұсақтау деп аталады және тас ұсақтағыш машиналар –тас ұсақтағыштарды қолдана отырып ұсақтау жаншу сындыру және үйкеу көмегімен жүзеге асырылады. Ұсақтау машиналарында ұсақталатын жыныстың қасиеттеріне және ірілігіне қарай әртүрлі әдістер бірге қолданылады.
74210. Бетон қоспалары мен сылақтарын дайындауға арналған машиналар мен жабдықтар. Араластырғыш машиналардың қызметі мен құрамы. Араластырғыш машиналардың жіктелуі 1.46 MB
  Бетон араластырғыштар мен циклді және үздіксіз жұмыс жасайтын сылақ араластырғыштардың типтері негізгі параметрлері мен конструктивтік схемалары. Бетон қоспаларын тығыздау қажеттіліктері мен тәсілдері Жоспар: Араластырғыш машиналардың қызметі мен құрамы. Бетон араластырғыштар мен циклді және үздіксіз жұмыс жасайтын сылақ араластырғыштардың типтері негізгі параметрлері мен конструктивтік схемалары.
74211. Топырақ тығыздағыш машналар. Топырақты домалату, таптау және вибротаптау арқылы тығыздау 930.22 KB
  Топырақты домалату таптау және вибротаптау арқылы тығыздау. Жұмыс процесі негізгі параметрлері техникалық және эксплуатациялық көрсеткіштері Жоспар: Топырақ тығыздағыш машиналар. Топырақты домалату таптау және вибротаптау арқылы тығыздау.
74212. Қол машиналары. Жалпы мәліметтер, қол машиналарын атқаратын қызметіне, жұмыс жасау принципіне, жұмыс органының қозғалыс сипаттамасына, жұмыс режиміне, жетек түрі мен қорғаныс класына қарай жіктеу 1.34 MB
  Жалпы мәліметтер қол машиналарын атқаратын қызметіне жұмыс жасау принципіне жұмыс органының қозғалыс сипаттамасына жұмыс режиміне жетек түрі мен қорғаныс класына қарай жіктеу. Қол машиналарын атқаратын қызметіне жұмыс жасау принципіне жұмыс органының қозғалыс сипаттамасына жұмыс режиміне жетек түрі мен қорғаныс класына қарай жіктеу. Қол машиналары дегеніміз жұмыс органы қозғалысқа қозғалтқыш арқылы ал қосымша қозғалыстары жеткізу оператордың көмегімен қолдан қозғалысқа келтірілетін машиналар аталынады. Жеңіл түріне тескіш...
74213. Машинаны техникалық эксплуатациялау» түсінігі. Машинаны эксплуатацияға қабылдау және тапсыру 21.03 KB
  Машинаны техникалық жөндеу жүйесі. Жалпы еңбек қауіпсіздігі талаптары Жоспар: Машинаны техникалық эксплуатациялау түсінігі. Машинаны техникалық жөндеу жүйесі.
74214. Құрылыс машиналарының азаматтық және өндірістік құрылыс жұмыстарындағы технологиялық процестерді автоматтандыру және механикаландырудағы алатын орны 23.1 KB
  Құрылыс машиналарының азаматтық және өндірістік құрылыс жұмыстарындағы технологиялық процестерді автоматтандыру және механикаландырудағы алатын орны. Құрылыс машиналары мен құрылыс өндірісіндегі механикаландыру мен автоматтандырудың дамуы. Құрылыс машиналарының қазіргі техникалық деңгейінің сипаттамасы және ары қарай даму перспективалары Жоспар: Кіріспе. Құрылыс машиналары мен құрылыс өндірісіндегі механикаландыру мен автоматтандырудың дамуы.
74215. Құрылыс өндірісін механикаландыру және автоматтандыру жарағы ретінде құрылыс машиналарына қойылатын талаптар 23.21 KB
  Құрылыс машиналарының жіктелуі. Құрылыс машиналарын күштік жұмысшы және жүру құрылғыларынан трансмиссиялар мен басқару жүйелерінен құралған жүйе ретінде жалпы құрылымдық схемасы. Құрылыс машиналарының кинематикалық схемалары Жоспар: Құрылыс өндірісін механикаландыру және автоматтандыру жарағы ретінде құрылыс машиналарына қойылатын талаптар.