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

241 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

12521. Запуск и интерфейс программы Corel DRAW 5.51 MB
  Практическая работа № 1. Запуск и интерфейс программы Corel DRAW. Теоретическая часть. После запуска программы и выбора варианта работы мы видим на экране главное окно программы Corel DRAW с основными элементами пользовательского интерфейса см. Рис. 1. 1. Стандартная п
12522. РАБОТА В ГРАФИЧЕСКОМ РЕДАКТОРЕ CORELDRAW 476 KB
  Лабораторная работа №1 Работа в графическом редакторе Coreldraw 1. Цель работы. Изучение основных возможностей программы векторной графики CorelDRAW Графический редактор CorelDRAW предназначен для работы с векторной графикой и является несомненным лидером среди аналогичных...
12523. ПОСТРОЕНИЕ ЛИНИЙ В CORELDRAW. ОПЕРАЦИИ С ОБЪЕКТАМИ. ГРУППИРОВКА 1.06 MB
  Лабораторная работа №2 Построение линий в Coreldraw. операции с объектами. группировка. 1. Цель работы. Обучение рисованию и оформлению линий и фигур. Знакомство с операциями над объектами. Модель кривой Инструменты позволяющие строить линии различных типов сведены в...
12524. РАБОТА С ТЕКСТОМ В CORELDRAW 337 KB
  Лабораторная работа №3 работа с текстом в Coreldraw. Цель работы. Обработка различных приемов размещения текста и его редактирования. Изучение приемов организации стилей и цветов а также эффектов преобразования объектов типы заливки создания глубины средства трехме...
12525. ИНТЕРАКТИВНОЕ ПЕРЕТЕКАНИЕ ИМИТАЦИЯ ОБЪЕМА 726.5 KB
  Лабораторная работа №4 ИНТЕРАКТИВНОЕ ПЕРЕТЕКАНИЕ. ИМИТАЦИЯ ОБЪЕМА 1. Цель работы. Знакомство с интерактивными инструментами оформления изображения. Эффект Интерактивное перетекание Инструмент Интерактивное перетекание относится к категории интерактив
12526. Определение ускорения свободного падения. Ускорение свободного падения вблизи поверхности Земли 408 KB
  Определение ускорения свободного падения Цель работы: Изучить графический метод обработки результатов измерений. Изучить метод наименьших квадратов. Определить ускорение свободного падения при помощи математического маятника.
12527. ДИНАМИКА ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА. 325 KB
  Тема: ДИНАМИКА ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА. Цель: Изучение законов динамики вращательного движения твердого тела; Определение момента силы трения. Теория Твердыми телами в механике называются такие тела для которых мы можем пренебречь их деформац...
12528. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ СИЛ ВНЕШНЕГО ТРЕНИЯ 219 KB
  Тема: ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ СИЛ ВНЕШНЕГО ТРЕНИЯ. Цель: Изучить основные закономерности внешнего трения; Определить коэффициент трения качения методом наклонного маятника. ТЕОРИЯ. Согласно закону инерции Ньютона тело приведенное некоторой силой в движение...
12529. ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ 240.5 KB
  Тема: ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ Цель: Изучение законов гармонических колебаний; Определение момента инерции физического маятника; Определение ускорения свободного падения . Теория. Гармонический осциллятор. Простейшей механической системо