42524

Определение горизонтальной составляющей индукции земного магнетизма с помощью тангенс-гальванометра

Лабораторная работа

Физика

Южный полюс магнитного поля Земли находится вблизи северных берегов Америки около 750 северной широты и 1010 западной долготы а северный полюс − в Антарктиде около 670 южной широты и 1400 восточной долготы. Существование магнитного поля Земли непосредственно подтверждается отклонением лёгкой магнитной стрелки при её свободном подвесе. При этом последняя устанавливается в направлении касательной к линии индукции магнитного поля Земли.

Русский

2013-10-30

102 KB

5 чел.

Лабораторная работа № 26

определение горизонтальной составляющей

индукции земного магнетизма с помощью

тангенс-гальванометра

Цель работы: изучить закон Био−Савара−Лапласа и применить его к нахождению индукции магнитного поля в центре кругового тока, экспериментально определить горизонтальную составляющую индукции земного магнетизма.

Оборудование: тангенс-гальванометр, реостат, миллиамперметр, переключатель, ключ, источник постоянного тока.

26.1. Краткие теоретические сведения

Земля представляет собой большой магнит. Магнитные полюса её не совпадают с географическими. Южный полюс магнитного поля Земли находится вблизи северных берегов Америки (около 750 северной широты и 1010 западной долготы), а северный полюс − в Антарктиде (около 670 южной широты и 1400 восточной долготы). Положение магнитных полюсов Земли со временем постепенно изменяется.

Существование магнитного поля Земли непосредственно подтверждается отклонением лёгкой магнитной стрелки при её свободном подвесе. При этом последняя устанавливается в направлении касательной к линии индукции магнитного поля Земли. Значение магнитного поля Земли невелико и изменяется в пределах от 4,210−5 Тл на экваторе до 710−5 Тл − вблизи магнитных полюсов.

Основными параметрами магнитного поля Земли являются: магнитное наклонение − угол между направлением вектора  и плоскостью горизонта (рис. 26.1; 1 − плоскость географического меридиана, 2 − плоскость магнитного меридиана), магнитное склонение (угол между горизонтальной составляющей вектора  и плоскостью магнитного меридиана) и горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли .

Приближённо магнитное поле Земли можно представить как поле однородно намагниченного шара. На магнитных полюсах магнитное наклонение = 900. Поэтому полная индукция и вертикальная составляющая индукции магнитного поля имеют одинаковые значения − магнитная стрелка стремится к вертикальному положению.

На магнитном экваторе ( = 00) полная индукция и горизонтальная составляющая  равны друг другу − магнитная стрелка устанавливается в горизонтальной плоскости. Схематически поле Земли изображено на рис. 26.2. Реальное поле имеет более сложный характер.

26.2. Теория метода и экспериментальная установка

Вокруг проводника с током образуется магнитное поле. Индукция магнитного поля, создаваемого элементом тока в некоторой точке, определяется по закону Био−Савара−Лапласа

                                    (26.1)

где k − коэффициент пропорциональности, зависящий от выбранной системы единиц: dl − элемент проводника: r − расстояние от dl до исследуемой точки А.

Модуль индукции магнитного поля

                                    (26.2)

где − угол между  и радиус-вектором .

Индукция , создаваемая всем проводником, равна векторной сумме , так как для магнитного поля справедлив принцип суперпозиции

                                        (26.3)

Направление индукции магнитного поля тока определяется правилом векторного произведения векторов.

Пользуясь (26.2) и (26.3), можно найти напряжённость магнитного поля, создаваемого любым проводником с током.

Определим напряжённость Вт в центре кругового тока. В этом случае все элементы проводника перпендикулярны к радиус-вектору и sin = 1. Расстояние всех элементов проводника dl до центра круга одинаково и равно радиусу круга R:

                                      (26.4)

Все элементы тока создают индукции одинакового направления, перпендикулярно к плоскости витка. Поэтому полная индукция поля в центре кругового витка

                   (26.5)

Если витков n, то, . В СИ  ( − магнитная проницаемость среды), тогда

                                    (26.6)

Горизонтальную составляющую определяют с помощью тангенс-гальванометра. Он состоит из круглой рамки, расположенной вертикально, на которую намотано n плотно прилегающих друг к другу витков проволоки. В центре её на вертикальной оси закреплена небольшая магнитная стрелка, которая может свободно поворачиваться только в горизонтальной плоскости. Стрелка должна быть настолько малой, чтобы можно было считать индукцию, которая действует на полюса стрелки, такой же, как и в центре кругового тока.

При пропускании тока через рамку на магнитную стрелку действуют два магнитных поля: Земли и тока, который проходит по рамке тангенс-гальванометра.

Если рамка установлена в плоскости магнитного меридиана (рис. 26.3), то стрелка в результате установится под углом к направлению магнитного поля Земли. Тогда

                                           (26.7)

где Вт − индукция магнитного поля в центре кругового тока, вычисляемая по (26.6).

Подставив (26.6) в (26.7), получим рабочую формулу

                                    (26.8)

Примечание. При работе с тангенс-гальванометром вблизи него не должно быть металлических предметов. n = 300.

26.3. Порядок выполнения работы

  1.  

Установить плоскость витков тангенс-гальванометра в плоскости магнитного меридиана.

  1.  Собрать цепь по схеме (рис. 26.4).
  2.  Замкнуть переключатель полярности П и ключ К и, передвигая ползунок реостата, добиться отклонения стрелки гальванометра на 300, 400, 450, 500 и 600, записывая соответствующие силы тока.
  3.  Поменять направление тока в тангенс-гальванометре переключателем полярности П и добиться тех же отклонений стрелки.
  4.  Рассчитать индукцию Вг. Результаты занести в таблицу.
  5.  Вычислить погрешности.

Контрольные вопросы и задания

  1.  Охарактеризовать основные параметры земного магнетизма.
  2.  Сформулировать закон Био−Савара−Лапласа.
  3.  Как определить направление индукции магнитного поля тока?
  4.  Сформулировать мнемоническое правило для определения направления магнитного поля тока.
  5.  Устройство и принцип действия тангенс-гальванометра.
  6.  Вывести формулу индукции в центре кругового тока.
  7.  Почему витки тангенс-гальванометра необходимо устанавливать в плоскости магнитного меридиана?
  8.  Почему целесообразнее определять Вг при = 450?

[2, § 79; 3, § 102; 8]

181


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

31144. Структурная парадигма проектирования ИС 61.9 KB
  Основными компонентами диаграмм потоков данных являются: Внешняя сущность – это материальный предмет или физическое лицо являющееся источником или приемником информации например заказчики клиенты бухгалтерия. Хранилище данных – это абстрактное устройство для хранения информации которую можно в любой момент поместить в него и через некоторое время извлечь причем способы помещения и извлечения могут быть любыми. Хранилище данных может быть реализовано физически в виде микрофиши ящика в картотеке таблицы в оперативной памяти файла...
31145. Состав и содержание работ на предпроектной стадии канонического проектирование ИС 127.82 KB
  Стадия формирования требований к автоматизированной системе главное на этой стадии – провести предпроектное обследование и дать техникоэкономическое обоснование целесообразности создания системы. Этап предполагает тесное взаимодействие с основными пользователями системы и бизнесэкспертами. По завершении этой стадии появляется возможность определить вероятные технические подходы к созданию системы и оценить затраты на ее реализацию. Сбор материалов обследования – все методы проведения обследования можно объединить в группы по следующим...
31146. Состав и содержание работ на стадиях технико-рабочего проектирование, внедрение, эксплуатации и сопровождения канонического проектирования ИС 15.66 KB
  Технический проект разрабатывается на основе технического задания и эскизного проекта. Стадия Рабочий проект – ее главное назначение – кодирование или адаптация готовых программных средств составление рабочего проекта. Большую роль для эффективного использования разработанного проекта ИС играет качественная технологическая документация входящая в состав рабочего проекта. При наличии прототипа системы стадии технического проекта и рабочей документации объединяются в одну проектную стадию.
31147. Проектирование пользовательского интерфейса 16.37 KB
  Порядок проектирования меню предусматривает следующую последовательность работ: Проектирование содержания меню; Проектирование форм меню – экранная форма. Проектирование содержания меню требует изучения предметной области и обоснования состава задач образующих функциональную часть системы и их иерархической взаимосвязи. Выбор пункта меню может завершаться: Появление на экране меню нижнего уровня; Выполнение команды; Выполнение процедуры процедура ввода вывода информации; Появление заглушки В главном меню следует предусмотреть...
31148. Проектирование системы документации ИС 16.21 KB
  Унифицированная система документации УСД – рационально организованный комплекс взаимосвязанных документов который отвечает единым правилам и требованиям и содержит информацию необходимую для оптимального управления некоторым экономическим объектам. В процессе проектирования УСД можно выделить 3 этапа работ: построение новых форм документов определение состава результатных показателей – зависит от того какие формы документов проектируются. При этом в первую очередь проектируются формы результатных документов а потом первичных....
31149. Как образуется массовое сознание 21 KB
  Фазы формирования МС: 1Фаза появления МС переживание – реальное или мнимое событие явление кот отражается в сознании индивида и рассматривается им как значимое событие в его жизни; 2фаза действия эмоций –между эмоциями и действиями нет сознательной регуляции; 3фаза рационализации внести логику в прошедшие события объяснить необъяснимое сформировать правила поведения в данной ситуации; 4выражение потребность чека делиться впечатлениями потребность в общении.
31150. Какова структура массового сознания 20.5 KB
  Структура массового сознания три уровня перевернутый треугольник 1Ядро МС – Когнитивное бессознательное нижний выражается в эмоциях чувствах спонтанных действиях инстинктивном поведении. Здесь появляются стереотипы 3Уровень выражения массового сознания – верхний – общественное мнение обществ настроение.
31151. Что такое архетип 21 KB
  Механизм действий А: Архетипы широко используются в коммерческой деятти. Люди работающие в области СО рекламы и маркетинга знают чтобы сообщение произвело впечатление на ЦА нужно чтобы в этом сообщении имел место опред архетип. Потому что чек лучше воспринимает то сообщение в кот заложен наиболее близкий ему архетип.
31152. Каковы свойства архетипов 20 KB
  Свойства: 1 Универсальность А свойственны каждому чеку; 2 Культурная обусловленность А; 3 Устойчивость.