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

71 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

14392. Изучить работу ионизационного манометра, зависимость ионного тока от изменения различных параметров 267.5 KB
  Лабораторная работа № 10 Цель работы: Изучить работу ионизационного манометра зависимость ионного тока от изменения различных параметров ток накала напряжение на сетке между катодом и анодом. Приборы и материалы: Ионизационный манометр миллиамперметры 2 амперме...
14393. Определение вязкости жидкости и исследование зависимости вязкости от температуры 92.5 KB
  Отчет по работе №26 Определение вязкости жидкости и исследование зависимости вязкости от температуры Цель работы: определить вязкость жидкости и исследовать зависимость вязкости от температуры. Приборы: шарики двухстрелочный секундомер катетометр или микр...
14394. Измерение чувствительности и внутреннего сопротивления гальванометра 131.5 KB
  Отчет по работе №32 Измерение чувствительности и внутреннего сопротивления гальванометра Цель работы: определить внутреннее сопротивление гальванометра его чувствительность по току и по напряжению рассчитать шунт и добавочное сопротивление к гальванометру ...
14395. Определить отношение теплоемкостей для воздуха двумя способами 2.92 MB
  Лабораторная работа № 49 Цель работы: Определить отношение теплоемкостей для воздуха двумя способами по скорости звука и расширению газа. Приборы и материалы: Насос емкость баллон манометр. Генератор звуковой частоты микрофон. Определение при помощи расшир...
14396. Произвести градуировку термопары медь – константан 129.5 KB
  Лабораторная работа № 52 Цель работы: Произвести градуировку термопары медь константан. Измерить э.д.с. термопары в 3х точках. Приборы и материалы: гальванометр ключ на два положения магазины сопротивлений 3 реостат элемент Вестона. ...
14397. Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкостей 307 KB
  Отчет по работе № 61 Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкостей Цель работы: измерить коэффициента поверхностного натяжения воды и растворов спирта в воде в зависимости от концентрации. Будем рассматривать два различных задания для определен...
14398. Градуировка Вольтметра и Амперметра 3.33 MB
  Лабораторная работа №7 Тема: Градуировка Вольтметра и Амперметра. Приборы и материалы: элемент питания. элемент питания Вестона источник э.д.с. в 4 вольта гальванометр вольтметр четыре магазина резисторов соединительные провода. Ход работы: Граду
14399. Основные измерения с электронным осциллографом 342.5 KB
  Отчет по работе №130 Основные измерения с электронным осциллографом Цель работы: ознакомится с устройством осциллографа и выполнить различные измерения с его помощью. Приборы: осциллограф типа С15 вольтметр потенциометр проволочный реостат магазин сопроти
14400. Исследование магнитоэлектрического зеркального гальванометра 312.5 KB
  Отчет по работе №138 Исследование магнитоэлектрического зеркального гальванометра Цель работы: определить внутреннее сопротивление гальванометра среднюю чувствительность изучить зависимость периода колебаний логарифмического декремента затухания и време...