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

245 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

3862. Философия как дисциплина научного познания. Генезис философии 470 KB
  Генезис философии. Нужно отметить, что генезис является проблемой для самой философии, развиваясь, она постоянно сталкивается с проблемой собственного возникновения, ибо, только решив ее, философия сможет в полной мере осознать свою сущность. Сущест...
3863. Контрольна робота. Механіка матеріальної точки 86.01 KB
  Механіка матеріальної точки За заданими рівняннями руху х=х(t), у=у(y) (та z=z(t) для 2 рівня складності) матеріальної точки масою т =1кг встановити: Рівняння та вид траєкторії точки побудувати графік. Вектори переміщення, середньої швидкості та їх...
3864. Управляющие операторы или принятие решений в VB6 428.5 KB
  Управляющие операторы или принятие решений в VB6. Операторы, которые могут изменить последовательность выполнения операторов процедуры. Основанием для принятия решений в управляющих операторах являются условные (логические) выражения. Логические вы...
3865. Основні поняття та закони хімії. Конспект лекцій 3.89 MB
  ВСТУП Без знання основ хімії неможливе успішне вивчення технічних і технологічних дисциплін. Метою курсу є оволодіння студентами знань, необхідних їм для розуміння хімічних та технологічних явищ, які лежать в основі перетворень процесів зварювання...
3866. Работа с листом. Выделение объектов 3.16 MB
  Работа с листом. Выделение объектов Ячейка, блок ячеек, строка, диапазон строк, столбец, диапазон столбцов, лист, книга - это основные объекты, с которыми работает пользователь Excel. Принцип робот с объектами одинаков для всех программ Windows: на...
3867. Запуск Excel. Основные понятия 830.33 KB
  Запуск Excel. Основные понятия Запустить электронную таблицу Excel можно из главного меню, пункт Программы. При частом обращении к этой программе удобно поместить ее ярлык на рабочий стол, и пользоваться им для запуска Excel. Кроме того, двойное щел...
3868. Моделирование решения уравнений в среде электронных таблиц MS Excel 74.9 KB
  Моделирование решения уравнений в среде электронных таблиц MS Excel Основная задача нашего сегодняшнего урока - это научиться решать уравнения различными методами, а также моделировать процесс решения определенного вида уравнений в зависимости от зн...
3869. Формулы в Microsoft Excel 407.37 KB
  Формулы в Microsoft Excel Общие сведения Excel - программируемый табличный калькулятор. Все расчеты в Excel выполняют формулы. Формулой Excel считает все, что начинается со знака "=". Если в ячейке написать просто "1+1", Excel не будет вычислять это...
3870. Формат представления данных в ячейках 182.39 KB
  Формат представления данных в ячейках По умолчанию после создания документа все ячейки находятся в формате "Общий". Этот формат имеет ряд хитростей: числа выравниваются по правому краю, а текст — по левому если, изменяя ширину столбца, сделать...