15446

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВЛЯЮЩИХ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

Лабораторная работа

Физика

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №16ПО ФИЗИКЕ Раздел Электричество и магнетизм Указания содержат краткое описание рабочей установки и методику определения горизонтально

Русский

2014-09-23

349 KB

27 чел.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №16
ПО ФИЗИКЕ

(Раздел «Электричество и магнетизм»)

Указания содержат краткое описание рабочей установки и методику определения горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли. Методические указания предназначены для студентов инженерных специальностей всех форм обучения в лабораторном практикуме по физике (раздел «Электричество и магнетизм»).

Печатается по решению методической комиссии факультета
«Наноте
хнологии и композиционные материалы»

Научный редактор     д.т.н., проф. В.С. Кунаков 

©  Издательский центр ДГТУ, 2012

Цель работы: Определить горизонтальную составляющую индукции магнитного поля Земли.

Приборы и принадлежности: тангенс-гальванометр, миллиамперметр, реостат, источник тока, выпрямитель, переключатель.

 

Краткая теория

Земля представляет собой огромный магнит, полюса которого лежат вблизи географических полюсов: вблизи северного географического полюса лежит южный магнитный , а вблизи южного географического – северный магнитный полюс .

Вектор индукциимагнитного поля Земли на экваторе направлен горизонтально, а у магнитных полюсов – вертикально. В остальных точках земной поверхности магнитное поле направлено под некоторым углом к горизонтальной плоскости. Существование магнитного поля в любой точке Земли можно установить с помощью магнитной стрелки.

Для нахождения горизонтальной составляющей индукции  магнитного поля Земли (т.е. величины проекции вектора индукции  на горизонтальную плоскость) используется тангенс-гальванометр, который представляет собой катушку радиусом  с числом витков, плотно прилегающих друг к другу, расположенную вертикально в плоскости магнитного меридиана. Толщина обмотки во много раз меньше радиуса катушки, и ею можно пренебречь. В центре катушки в горизонтальной плоскости расположена магнитная стрелка, которая  может поворачиваться вокруг вертикальной оси. Магнитная стрелка при отсутствии тока в катушке будет расположена по магнитному меридиану Земли N-S (рис.1). Поворотом катушки около вертикальной оси можно добиться совмещения плоскости катушки с плоскостью магнитного меридиана, т.е. плоскость катушки устанавливается перпендикулярно горизонтальной плоскости так, чтобы она совпадала с направлением магнитной стрелки. Если после такой установки катушки по ней пропустить ток , то магнитная стрелка повернется на некоторый угол , установившись вдоль индукции результирующего поля (N1-S1) (см.рис.1), т.е. по диагонали параллелограмма, сторонами которого являются вектор индукции магнитного поля кругового тока  и горизонтальная составляющая магнитного поля Земли . Объясняется это тем, что на магнитную стрелку будут действовать два поля: горизонтальная составляющая магнитного поля Земли  и магнитное поле , созданное током (см.рис.1). Согласно принципу суперпозиции полей .

Направление вектора  определяется по правилу правого винта, а модуль – по формуле, вытекающей из закона Био-Савара-Лапласа:

,                              (1)

где - сила тока, протекающего в катушке, - число витков катушки, - средний радиус катушки, - магнитная постоянная.

Из рис.1 видно, что

 .        (2)

Подставляя (1) в (2), получаем

                                                ,                                      (3)

где - угол отклонения магнитной стрелки.

Описание установки

Установка для определения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли представлена на рис. 2. Тангенс-гальванометр состоит из катушки, укрепленной на вращающейся подставке. В центре катушки на вертикальной оси укреплен легкий круг (лимб) с делениями, в центре которого расположена стрелка. На электрической схеме: источник тока, - выпрямитель, - реостат,  – миллиамперметр,  – переключатель, меняющий направление тока, проходящего по виткам катушки тангенс-гальванометра.

Рис.2

Порядок выполнения работы

  1.  Собрать электрическую цепь по схеме, изображённой на рис. 2.
  2.  Поворачивая подставку тангенс-гальванометра установить стрелку компаса на 0о (180о). В этом случае витки катушки  расположены в плоскости магнитного меридиана.
  3.  Определить цену деления миллиамперметра .
  4.  Установить переключатель  в положение 1.
  5.  Включить выпрямитель .

6.  Двигая ползунок реостата , добиться поворота стрелки на угол(первое значение угла). Записать соответствующее этому углу число делений , на которое отклонилась стрелка миллиамперметра .

7.  Рассчитать силу тока по формуле .

8.  Проделать аналогичные измерения для всех углов, указанных в таблице.

9.  Результаты занести в таблицу.

10. Установить переключатель в положение 2  и повторить все измерения п.п. 5-9 для силы тока .

11. Вычислить среднее значение силы тока для каждого угла по формуле .

12. Рассчитать для каждого угла горизонтальную составляющую индукции по формуле (3). ( значения  и  указаны на установке).

13. Рассчитать среднее значение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли .

14. Рассчитать абсолютные погрешности каждого измерения по формуле .

15. Рассчитать среднее значение абсолютной погрешности .

16.  Рассчитать относительную погрешность по формуле

.

17. Результат эксперимента представить в виде:

                               

Таблица

 

мА

дел

град

  -

дел

мА

дел

мА

мА

Тл

Тл

%

1

20

0,36

2

25

0,47

3

30

0,58

4

35

0,70

5

40

0,84

6

45

1,00

7

50

1,19

8

55

1,43

9

60

1,73

ср

Контрольные вопросы (для защиты)

  1.  Как устанавливается магнитная стрелка в магнитном поле? Почему?
  2.  Сформулируйте закон Био-Савара-Лапласа. Как определить направление векторов индукции магнитного поля, образованного круговым током?
  3.  Объясните устройство и принцип действия тангенс-гальванометра.
  4.  Почему следует ориентировать катушку тангенс-гальванометра в направлении магнитного меридиана?
  5.  В чем заключается принцип суперпозиции магнитных полей?

Рекомендуемая  литература

  1.  Федосеев В. Б. Физика / В. Б. Федосеев. – Ростов н/Д: Феникс, 2009.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 3 / И.В. Савельев. – СПб.: Лань, 2006.

3. Трофимова Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. – М.: Высш. шк, 2004.

  1.  Кунаков В.В. Магнетизм: учеб.-метод. пособие / В.В. Кунаков [и др.]. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2011.

Редактор Т.В. Колесникова

________________________________________________________

В печать 19.01.2012.

Объём 0,5 усл. п.л. Офсет. Формат 60x84/16.

Бумага тип №3. Заказ №     .Тираж 60 экз. Цена свободная

________________________________________________________

Издательский центр ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия:

344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

12221. Оптический метод изучения кинетики реакции тростникового сахара (сахарозы) 95 KB
  В молекулах всех трёх сахаров содержатся ассиметрические атомы углерода, что делает эти вещества оптически активными. Водный раствор сахарозы вращает плоскость полимеризации проходящего света вправо, ратвор продуктов реакции влево
12222. Иодирование ацетона в кислой среде 164 KB
  Лабораторная работа №4 Иодирование ацетона в кислой среде. Цель работы: исследование кинетики реакции иодирования ацетона в кислой среде – определение порядка реакции константы скорости и энергии активации. Ход работы: Основная реакция: протекает в 2 с
12223. Изучение кинетики реакции омыления сложного эфира 87.5 KB
  Лабораторная работа №5 Изучение кинетики реакции омыления сложного эфира. Цель работы: определение средних значений констант скорости реакции омыления сложного эфира в щелочной среде при комнатной температуре. Уравнение химической реакции: Рабочие ...
12224. Определение рН с помощью хингидронного электрода 32 KB
  Лабораторная работа Определение рН с помощью хингидронного электрода Цель: нахождение рН и буферной емкости растворов Суть метода: Потенциометрическое измерение производят измеряя ЭДС гальванического элемента в котором один из электродов погружен в электролит...
12225. Практическое использование современных информационных технологий 213.5 KB
  СОДЕРЖАНИЕ [1] 1. Общие положения [1.1] Цель и задачи выполнения лабораторных работ [1.2] 1.2. Содержание и оформление отчета по практическим заданиям [2] 2. Задания и методические указания к выполнению работ [3] Библиографичес...
12226. Исследование основных схем выпрямления и изучение влияния нагрузки и сглаживающих фильтров на их работу 75.08 KB
  Лабораторная работа №1 Исследование основных схем выпрямления и изучение влияния нагрузки и сглаживающих фильтров на их работу Цель работы: научиться снимать и строить характеристики схем выпрямления; научиться снимать осциллограммы напряжений; нау...
12227. Кинетика разложения мурексида в кислой среде 115.5 KB
  Кинетика разложения мурексида в кислой среде Цель работы: определение порядка реакции по мурексиду и катализатору кислоте и составление дифференциального кинетического уравнения по результатам опытов; определение константы диссоциации слабой кислоты путем кинетич
12228. Кинетика разложения мурексида в кислой среде. 31.36 KB
  Лабораторная работа №2 Кинетика разложения мурексида в кислой среде Цель работы: определение порядка реакции по мурексиду и катализатору кислоте и составление дифференциального кинетического уравнения реакции по результатам оп
12229. Измерение ЭДС элемента Якоби-Даниэля. Определение потенциала отдельных электродов 29 KB
  Измерение ЭДС элемента ЯкобиДаниэля. Определение потенциала отдельных электродов Цель работы: приготовление гальванического элемента и измерение его ЭДС. Вычисление ЭДС элемента при заданных концентрациях солей. Сравнение полученных результатов с вычисленными знач