1930

Определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли

Лабораторная работа

Физика

Ознакомление с определением индукции магнитного поля Земли методом тангенс-гальванометра. Определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли.

Русский

2013-01-06

233.1 KB

257 чел.

Лабораторная работа №1

Определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли

Цель работы

1. Ознакомление с определением индукции магнитного поля Земли методом тангенс-гальванометра.

2. Определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли

 Приборы и принадлежности

1. Тангенс-гальванометр.

2. Источник постоянного напряжения.

3. Амперметр.

4. Реостат.

 Теоретическое введение

 Электрический ток создает в окружающем его пространстве магнитное поле. Магнитное поле есть пространство вокруг движущегося электрического заряда. Магнитное поле характеризуется рядом физических свойств, и одной из основных его характеристик является вектор индукции . Вектор индукции магнитного поля есть физическая величина, численно равная максимальному вращающему моменту , действующему со стороны магнитного поля на пробный ток с единичным магнитным моментом :

    (Тл).    (1)

Вектор индукции магнитного поля , создаваемого элементом проводника с током силой , может быть рассчитана на основании закона Био – Савара – Лапласа:

   , (2)

где - магнитная постоянная, равная ,

  - магнитная проницаемость среды,

  - расстояние от элемента длины проводника до исследуемой точки магнитного поля,

  - угол между векторами и .

По закону Био – Савара – Лапласа рассчитываются значения индукции магнитных полей , создаваемых проводниками различной формы при прохождении по ним тока различной силы . В частности, индукция магнитного поля в центре кругового тока радиусом и силой тока определяется по формуле:

    (3)

   

Наша Земля является гигантским магнитом. В пространстве, окружающем Землю, существует магнитное поле, происхождение которого до настоящего времени не выяснено. Схема линий вектора индукции магнитного поля Земли показана на рис.1. Южный магнитный полюс находится вблизи северного географического полюса N.

    Рис. 1

В каждой точке на поверхности Земли вектор индукции магнитного поля имеет определенную величину и направление, которые определяются тремя элементами земного магнетизма:

- горизонтальной составляющей вектора индукции г;

- склонением (углом между г и плоскостью географического меридиана);

- наклонением ( углом между вектором индукции и плоскостью горизонта).

Индукцию З магнитного поля Земли можно представить суммой горизонтальной г и вертикальной в составляющих:

 З = г + в.

Зная угол наклонения и измерив горизонтальную составляющую г можно определить значение вектора индукции магнитного поля в любой точке на поверхности Земли.

 Описание установки и метода измерения

Для определения горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля Земли в данной работе используется метод, основанный на применении тангенс-гальванометра. Тангенс-гальванометр состоит из вертикальной плоской катушки, в центре которой помещена магнитная стрелка. Стрелка может вращаться только вокруг вертикальной оси. В данной точке Земли свободная магнитная стрелка под действием горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля устанавливается в плоскости магнитного меридиана. Если на стрелку подействовать магнитным полем, созданным вертикальной плоской катушкой с током тангенс-гальванометра, плоскость которой расположена в плоскости магнитного меридиана, то под действием магнитного поля катушки она изменит первоначальную ориентировку и расположится под некоторым углом к плоскости магнитного меридиана. Такое расположение магнитной стрелки под действием двух взаимно перпендикулярных магнитных полей показано на рис.2. На магнитную стрелку действует, с одной стороны, вращающий момент г, создаваемый горизонтальной составляющей г индукции магнитного поля Земли, с другой стороны, - вращающий момент , создаваемый магнитным полем катушки с током. Последний стремится расположить стрелку перпендикулярно плоскости витков, а вращающий момент г стремится вернуть ее в плоскость витков, а значит, и в плоскость магнитного меридиана.

 Рис. 2

В результате действия на оба конца магнитной стрелки взаимно перпендикулярных полей с индукциями г и стрелку установится по направлению результирующей р . На рис. 2 NS обозначает направление магнитного меридиана Земли, А и С - сечение витка кольцевой плоской катушки горизонтальной плоскостью (вид сверху). Из рисунка видно, что

   г= . (4)

Величина индукции магнитного поля , создаваемого током в центре катушки вычисляется в соответствие с формулой (3) с учетом числа витков N и для воздуха:

 

  (5)

Подставляя (5) в формулу (4), получаем

  (6)

Этой формула и используется при определении горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли.

Согласно выражения (6), для опытного определения г необходимо по шкале тангенс-гальванометра определять угол отклонения магнитной стрелки при заданной силе тока в катушке прибора. Для проведения эксперимента используется установка, схема которой показана на рис.3.

    Рис. 3

Установка включает ТГ - тангенс-гальванометр, А - амперметр, П - ключ-коммутатор, R - реостат, U - источник напряжения. При замыкании ключа П по виткам катушки проходит электрический ток, создающий магнитное поле. При изменении силы тока изменяется индукция магнитного поля катушки и изменяется положение магнитной стрелки тангенс-гальванометра.

  Порядок выполнения работы

1. Расположить тангенс-гальванометр таким образом, чтобы плоскость витков его катушки совпадала с направлением магнитной стрелки, т.е. с плоскостью магнитного меридиана. Показание стрелки на шкале тангенс-гальванометра должно быть равно нулю .

2. Замкнуть цепь ключом-коммутатором П и с помощью реостата R установить силу тока, при которой угол отклонения стрелки будет близок 30о. Отсчет угла вести по обоим концам стрелки ( ) для исключения погрешности, которая может быть вызвана эксцентриситетом в насадке стрелки.

3. Не изменяя силу тока, изменить направление тока и с помощью коммутатора П и вновь отсчитать угол отклонения стрелки ( )

4. Повторить измерения углов отклонения стрелки , при шести других, но больших значениях силы тока, вызывающих отклонение на углы, увеличивающиеся на 5о .

5. Разомкнуть ключ П.

 Обработка результатов измерений

1. Для каждого опыта по формуле

 

найти среднее значение угла отклонения стрелки при каждой силе тока.

Результаты измерений внести в табл. 1.

2. По формуле (6) для каждой силы тока вычислить горизонтальную составляющую г вектора индукции магнитного поля в данной точке Земли. Число витков N и радиус R катушки указаны в паспортных данных установки.

3. Вычислить среднее значение вектора индукции г ср магнитного поля Земли.

Таблица 1

Nизмер.

 R, м

N,вит.

 , А

,град.

 

г,Тл

г ср,Тл

гр, Тл

%

1

0,1

25

0,1

30

0,5773

21,8

21,3

0,5

0,38

1,78

2

0,12

35

0,7002

21

0,3

3

0,14

40

0,839

21,4

0,1

4

0,16

45

1

21,3

0

5

0,2

50

1,1917

20,7

0,6

6

0,24

55

1,4281

22,4

1,1

7

0,28

60

1,732

21,2

0,1

  

   Контрольные вопросы

 1. Дать определение вектора индукции магнитного поля. Указать единицы его измерения.

2. Охарактеризовать элементы земного магнетизма.

3. Записать формулу закона Био – Савара – Лапласа и объяснить смысл входящих в нее величин.

4. Объяснить устройство и принцип действия тангенс-гальванометра.

5. По какой формуле рассчитывается индукция магнитного поля, создаваемого током, проходящим по катушке тангенс-гальванометра.

6. От чего зависит величина горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

47340. Общая характеристика Судебника 198 KB
  Цель работы – комплексный анализ норм Судебника, для определения его значения в формировании единого правового пространства Российского государства. В качестве объекта исследования выступает российское законодательство второй половины XV века и тенденции его развития.
47343. Разработка системы защиты ИСПДн СКУД ОАО «ММЗ» с использованием биометрических данных 678 KB
  Под системой контроля и управлением доступа обычно понимают совокупность программно- технических и организационно-методических средств, с помощью которых решается задача контроля и управления помещением предприятия и отдельными помещениями, а также оперативный контроль за передвижением персонала и времени его нахождения на территории предприятия
47344. ЦИВIЛЬНЕ ПРАВО УКРАЇНИ 375 KB
  Цивільне право є однією з найважливіших та найбільших галузей права України, протягом свого життя усі громадяни постійно стикаються із дією його норм. Кожного разу, здійснюючи купівлю товарів у магазині, поповнюючи рахунок мобільного телефону, ми потрапляємо у сферу суспільних відносин, які регулює цивільне право.
47345. Основні принципи роботи в середовищі MS Excel 1.63 MB
  Призначення та загальна характеристика табличного процесора МS Excel. Інтерфейс та основні прийоми роботи у середовищі МS Excel. Робоча книга МS Excel та її основні елементи. Типи даних МS Excel. Особливості введення та форматування даних різних типів.
47346. Створення, редагування та форматування електронних таблиць MS Excel 733.08 KB
  Форматування робочих листів. Умовне форматування. Використання стилів при форматуванні. Створення власних форматів даних. Додаткові засоби введення даних. Форматування робочих листів. Умовне форматування
47347. Обчислення в середовищі MS Excel 1.96 MB
  Формули MS Excel та її складові елементи. Введення формул, їх заміна та пошук помилок. Друкування електронної таблиці. Захист робочих аркушів та робочих книг. Формули MS Excel та її складові елементи.
47348. Обчислення в середовищі MS Excel з використанням функцій 887.98 KB
  Поряд з розглянутими способами адресації комірок і діапазонів робочого аркуша, в MS Excel існує можливість посилання на комірки, діапазони,діаграми та інші об’єкти за допомогою імен, які визначає користувач. Взагалі кажучи, адреси комірок і діапазонів можна розглядати як імена, які надає їм MS Excel за замовчуванням.