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

66338. Фестиваль європейських країн 112 KB
  Віддавна народи світу Мають власні прапори Наче долю горду й світлу Піднімають дороги 3й учень. Наш водій обирається учень якому дається кермо та головний убір водія рушаймо Пісню заспіваймо Учні і вчитель співають пісню Голубий вагон муз.
66339. Polymerase Chain Reaction (PCR) 40 KB
  Two primers, each about 20 bases long with sequence complementary to the sequence immediately adjacent to the DNA segment of interest.
66340. Функционирование русского языка в Республике Казахстан. Безударные гласные в корне слова (проверяемые, непроверяемые) 84.5 KB
  Языков на свете очень много – свыше двух тысяч. Точно установить их количество пока не удалось. Язык – явление общественное, он создается на протяжении длительного исторического периода. Язык возник в глубокой древности в процессе совместной трудовой деятельности людей.
66341. Язык как система. Язык и речь. Разделение понятий язык и речь. Правописание звонких и глухих согласных 76.5 KB
  Первые люди не имели языка. Удивительно, не правда ли? Даже птицы и разные другие существа, едва появившись на свет, умеют «изъясняться» на своем языке. У человека все по-другому. Только что родившийся не умеет говорить, каждому ребенку нужно этому учиться.
66343. Основные функции языка. Общая характеристика форм и видов речи (внешняя и внутренняя речь). Речь монологическая, речь диалогическая, письменная речь, устная речь монолог, диалог, полилог 70.5 KB
  Общая характеристика форм и видов речи внешняя и внутренняя речь. Речь монологическая речь диалогическая письменная речь устная речь монолог диалог полилог. Основные функции языка: Коммуникативная функция сообщения; Кумулятивная аккумулятивная накопительная...
66344. Мы экономим электрическую энергию 37.5 KB
  Человек много лет добывает из земли большое количество энергоресурсов. Слово Экспертам. Слово Корреспондентам Что же включает в себя экономия энергоресурсов Только ли это экономия электрической энергии Мы слышим от взрослых что дом дырявый что это значит...
66345. Моя щаслива планета 77.5 KB
  Мета: узагальнити знання дітей про шляхи і заходи щодо збереження енергії; мотивувати учнів відповідально ставитися до використання енергії у побуті; сприяти формуванню навичок ощадливого використання електроенергії у побуті.
66346. English Traditions and Customs 40 KB
  They also have their traditional Christmas dinner with stuffed turkey and Christmas pudding. The Queen’s speech is on television at three o’clock in the afternoon. There is a big Christmas tree in Trafalgar Square in London.