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

50448. Определение коэффициента внутреннего трения жидкостей капилярным вискозиметром 55 KB
  Если по трубке течёт установившийся поток жидкости или газа то отдельные части потока движутся вдоль плавных линий тока форма которых определяется стенками трубки.При уве личении скорости потока даже в прямой трубке линии тока начинают закручиваться в виде вих рей или водоворотов и начинается энергичное перемешивание жидкости. Было установленно что характер течения жидкости зависит от значения безразмерной величи ны Reкоторая называется числом Рейнольда 1.В данной работе он определяется...
50449. ДАТЧИК ДАВЛЕHИЯ МТ100 1.08 MB
  УСТРОЙСТВО И РАБОТА ДАТЧИКОВ ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ДАТЧИКОВ СХЕМА СОСТАВЛЕHИЯ УСЛОВHОГО ОБОЗHАЧЕHИЯ ДАТЧИКОВ ОБОЗHАЧЕHИЕ ИСПОЛHЕHИЙ ДАТЧИКОВ ПО МАТЕРИАЛАМКОHТАКТИРУЮЩИМ С ИЗМЕРЯЕМОЙ СРЕДОЙ
50450. Программирование на языке высокого уровня. Методические указания 105.5 KB
  Операторы языка Си управляют процессом выполнения программы. Набор операторов языка Си содержит все управляющие конструкции структурного программирования. В теле некоторых составных операторов языка Си могут содержаться другие операторы. Составной оператор ограничивается фигурными скобками все другие операторы заканчиваются точкой с запятой.
50451. Базовые инструменты программы Adobe Photoshop 159.5 KB
  Выбор цвета и заливка В блоке инструментов найдите инструмент Foreground color Bckground color Выберите основной цвет Выберите фоновый цвет; он выглядит так: При щелчке по верхнему квадрату раскрывается окно выбора цвета рисующих инструментов: кистей заливок фигур и др. Окна однотипны цвета в них можно выбрать несколькими способами. 2 Нажав кнопку Custom Библиотеки цветов выбрав одну из Библиотек Book а в ней – нужный образец цвета.
50452. Создание коллажа из текста и графики, удаление муара 1.08 MB
  В настоящей работе идейной проработки не требуется задача стоит проще: студентам предлагается создать коллаж объединив графические файлы из имеющегося набора и сделав текстовые вставки различного шрифтового начертания. Создайте холст для коллажа в окне File Файл → New Новый установив здесь необходимые параметры. Затем в соответствии с указаниями преподавателя откройте папку Коллаж не в Windows а в Photoshop в списке Тип файлов: поставьте JPEG в окне Вид – Эскизы страниц. Откройте файл отсюда надо перенести мяч в наш коллаж.
50453. Дополнительные возможности Adobe Photoshop 109.5 KB
  В этой работе описаны такие опции как создание Gifанимации и работа с векторными контурами. Создание Gifанимации Gifанимация – самый простой и исторически первый способ компьютерной анимации она появилась в 1989 году. Суть этого вида анимации в том что формат Gif позволяет помещать в одном файле последовательность отдельных кадров которые можно чередовать на экране через определенное время. Для создания Gifанимации имеется множество программ.
50454. Основные сведения об электрических машинах и аппаратах 1.1 MB
  Обмотка электромагнитного реле контактора магнитного пускателя. обмотка реле тока. обмотка реле напряжения. обмотка статорная обмотка двигателя постоянного тока ДПТ последовательного возбуждения.
50455. Исследование способов пуска асинхронного двигателя 144 KB
  Исследование способов пуска асинхронного двигателя. Цель работы: Исследовать особенности различных способов пуска и использования результатов для практических задач. Пуск асинхронного двигателя является кратковременным до 5 сек. Поэтому снижение токов нагрузки в период пуска при одновременном сохранении механических параметров электродвигателя является крайне желательно особенно для двигателей большей мощности свыше 50 кВТ.
50456. Объектно-ориентированное программирование. Методические указания 298.5 KB
  Возвращаемое значение - объект FormattedString который содержит копию nCount символов, начиная с индекса 0. Возвращаемый объект CString может быть пустым. Параметры nCount - количество символов, подлежащих копированию.