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

253 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

33084. Релігійна філософія 16.57 KB
  Жільсону належить відкриття оригінальності філософії буття у Томи Аквінського в порівнянні з усією попередньою філософією включаючи Арістотеля. Згідно з Жільсоном ця оригінальність полягає в розрізненні сутності та буття. Свою доктрину вони називають реалістичною на тій підставі що вона визнає зовнішній матеріальний світ як частину більш широкого загального буття Бога. Матеріальний світ залежить не від людської свідомості а від абсолютного буття.
33085. Постмодернізм 12.86 KB
  Цей напрям продукт постіндустріальної епохи епохи розпаду цілісного погляду на світ руйнування систем світогляднофілософських економічних політичних. Постмодерністи завдяки гіркому історичному досвідові переконалися у марноті спроб поліпшити світ втратили ідеологічні ілюзії вважаючи що людина позбавлена змоги не лише змінити світ а й осягнути систематизувати його що подія завжди випереджає теорію.
33086. Поява української філософії 16.81 KB
  На час хрещення Русі християнська думка у Візантії набула вже розвиненого деталізованого та витонченого характеру. Разом із християнством та книжковою премудрістю вони стали елементом духовної культури Київської Русі. Звичайно розглядаючи духовну культуру Київської Русі ми повинні враховувати й традиції попередньої язичницької культури.
33087. Філософія 16-17 століття 13.27 KB
  Проте філософське мислення і пошук відповідей на основні життєві питання були притаманні українському народові здавна вони пов'язувалися з його світоглядом і релігією ще за дохристиянських часів. Все ж слов'янськоукраїнська основа і підхід мислення менш спекулятивний радше контемплятивний визначили характер філософської думки в Україні та її поширення. Серед українців назагал знаходимо мало чистих філософів зате філософське мислення прикметне для багатьох письменників мистців істориків суспільних теоретиків. Так само властивою для...
33088. Філософські погляди Г.Сковороди 18.33 KB
  Сковорода 1722-1794. Науку про людину та її щастя Сковорода вважав найважливішою з усіх наук. Не втративши авторитету проповідника та вчителя Сковорода прагнучи навчити як власним прикладом так і словом закликав почати філософське освоєння світу з простого: пізнати віру та любов у всій їхній повноті бо це і є пізнання людини. Поділяючи світ надвоє на істинне та тлінне віддаючи перевагу Вічності Богу Сковорода по суті пропонує подвійне співвідношення духовного та тілесного.
33089. Інтерес української філософії до проблем людини, її духовного світу 24.53 KB
  Шевченко 18141861. Шевченко продовжував кращі традиції суспільної думки філософа і поета Г. Головну причину поневірянь народних мас Шевченко вбачав у кріпацтві і гнобленні самодержавства. Шевченко називав їх палачами людоїдами .
33090. Філософія України першої половини ХІХ століття 29.14 KB
  Пануючій у дореформений період релігійноідеалістичній філософії в різних її різновидах і течіях починаючи від відверто містичної масонства і закінчуючи тривіальною метафізикою протистояли матеріалістичні вчення. в Європі набувають поширення і популярності ідеї представників німецької класичної філософії: Канта Фіхте Шеллінга Гегеля які поступово проникають і в Україну. Він активно виступав за розвиток науки і просвіти гостро критикував реакціонерів які заперечували читання лекцій з філософії у вузах. Під впливом Канта професор Лодій...
33091. Українська філософська та суспільно-політична думка другої половини XIX - XX століття 55.08 KB
  Пізнання він розумів як відображення зовнішнього світу людини засуджував агностицизм. У працях Що таке прогрес Роздуми про еволюцію в історії людства він намагався простежити розвиток від живої природи від простих частинок живої матерії до людини. Заперечуючи всяку владу людини над людиною він стверджує природне прагнення людини до добра. Це означає що вона розвивається за своїми законами незалежними від людини і людства і тому для її пояснення не потрібно залучати ні містику ні інші вигадки метафізиків та ідеалістів.
33092. Філософія української національної ідеї 31.64 KB
  Ми українець і як такий ми член нації яка не лише пригноблюється в русской державі в Росії й урядом а почасти і суспільністю панівної національності. Поет і прозаїк громадський діяч і політик науковий дослідник проблем історії й теорії літератури етнографії й фольклору політичної й економічної історії філософії досконалий знавець німецької польської російської мов він спрямовував усе своє надбання на народне відродження розвій української нації; збагачення української духовної культури. Франко був переконаний що...