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

69 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

55606. Рекомендации для учителей начальных классов по использованию групповых форм работы на уроках чтения и письма 57.5 KB
  Чтение слов анаграмм составление учащимися слов анаграмм обмен зашифрованными словами Налво волна клво волк Ронова ворона вемеддь медведь Швиня вишня бейрово воробей Упражнение БимБом слоговая зарядка: 1ученик называет слог...
55607. Рельєф України (рівнини) 132.5 KB
  Мета: поглибити та систематизувати одержані з попередніх курсів знання учнів про рельєф та сили що беруть участь у його формуванні; вивчити загальний план будови поверхні території України; сформувати знання про особливості розташування великих форм рельєфу на території України...
55608. Загальна характеристика рельєфу України 66 KB
  Мета: сформувати уявлення про характерні риси рельєфу України та його особливості на основі знань з попередніх курсів. Удосконалювати навички та вміння самостійно аналізувати, пояснювати, надавати характеристики основним формам рельєфу...
55610. Индуизм и другие культы Дравидии 224 KB
  Влево вправо бегают глаза ищут бегают по всей вселенной и возникает эта ось и вокруг оси идёт вращение это все кто ищет. Почему возникает Потому что перед тем как встретить того кто едет надо приготовления делать.
55611. Релігія та культурне життя середньовічної Європи 230 KB
  Мета: з’ясувати роль християнської церкви в середньовічному суспільстві; установити зв'язок між церквою та державною владою; охарактеризувати католицькі чернечі ордени та їх вплив на суспільне життя; розвивати вміння досліджувати суспільні явища та події; формувати навички мовленнєвих компетентностей.
55612. Сказка – цепочка. Русская народная сказка «Репка» 44.5 KB
  Русская народная сказка Репка Цели урока: познакомить с понятием сказкицепочки; совершенствовать технику чтения развивать речь пополнять словарный запас учить глубоко и полно анализировать и оценивать прочитанное...
55613. Бойові дії у 1915-1916 роках 37.5 KB
  Мета. Показати хід бойових дій у 1915 – 1916 роках, охарактеризувати основні битви цього періоду, спираючись на різні джерела; формувати вміння аналізувати історичні документи, простежити причинно-наслідкові зв’язки.
55614. Виховний захід до Дня пам’яті жертв політичних репресій 1937 – 1938 р.р 307 KB
  Ведучий: Проблема реальної спрямованості та кількісних параметрів політичних репресій за радянських часів значною мірою ще й досі залишається білою плямою в історичній науці. Ведучий: Фізичне знищення співгромадян світогляд яких відрізнявся від комуністичного розпочалося відразу після жовтневого перевороту 1917 р.