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

75407. Прилагательное как часть речи. Разряды прилагательных по значению и их влияние на изменение слов. Противопоставление кратких и полных форм и его функции 389.5 KB
  Ряд отличительных черт: имеют два ряда форм полные атрибутивные и краткиепредикативные образуют формы сравнит. У них всегда производная основа они склоняются но не образуют степеней сравнения и краткой формы у них отсутствуют все признаки свойственные качественным прилагательным. Полные склоняемые формы называются атрибутивными краткие несклоняемые предикативными. Соотносительные полные и краткие формы имеют только качественные прилаг.
75409. Вводные слова и основания для их выделения в особую часть речи 29 KB
  Вводные слова и основания для их выделения в особую часть речи. Как особая часть речи нередко рассматриваются вводные или модальные слова. Это неизменяемые слова производные от слов иных частей речи при помощи которых выражается субъективное отношение говорящего к высказыванию или его части с точки зрения достоверности недостоверности т. Как правило эти слова выступают в синтаксической функции вводного слова: вопервых итак разумеется вернее дескать всего подобных слов около трёхсот.
75410. Проблема местоимений как особой части речи. Особенности местоименной семантики и функции местоименных слов. Основания для их разведения по разным частям речи 12.67 KB
  Термин местоимение в грамматической науке употребляется также применительно к более широкому кругу слов, чем местоимения-существительные: местоимениями называются слова – существительные, прилагательные, числительные
75411. Проблема слов «категории состояния». Их признаки и основания для выделения в особую часть речи. Понятие «предикатив» и его соотношение с «категорией состояния» 13.23 KB
  Проблема слов категории состояния. Понятие предикатив и его соотношение с категорией состояния. Категория состояния это класс слов которые обозначают независимый признак состояние душевное физическое или эмоциональное состояние человека окружающей среды и природы и не имеют форм словоизменения склонения и спряжения но могут с помощью глаголасвязки выражать значение времени. При характеристике категории состояния как части речи основная трудность связана с необходимостью отграничивать эти слова от омонимичных им форм...
75412. Наречие как часть речи. Проблема компаратива 17.62 KB
  Главным формальным признаком наречия как части речи является отсутствие словоизменения. Исключение составляют наречия образующие формы сравнительной степени. По своему общему значению непроцессуального признака наречия близки прилагательным. Этим значением определяются синтаксические функции наречий: вопервых они определяют глагол имя или другое наречие соединяясь с ним связью примыкания; вовторых наречия свободно употребляются в функции сказуемого; втретьих наречия определяют предложение в целом.
75413. Глагол как часть речи. Принципиальное отличие глагола от имени. Особенности глагольной основы. Классы глаголов 46 KB
  Глагольные спрягаемые формы чаще всего в предложении выполняют предикативную функцию. По образованию глагольные формы распадаются на две группы в зависимости от образующей основы которая может выступать в двух вариантах: как основа неопределенной формы и как основа настоящего времени. Основа неопределенной формы определяется путем устранения аффиксов ть ти: собирать.
75415. Способы глагольного действия. Их соотношение с видом 17.09 KB
  С категорией вида тесно связаны лексико-грамматические разряды глаголов называемые способами глагольного действия. Иначе говоря способы глагольного действия это такие семантико-словообразовательные группировки глаголов в основе которых лежат модификации изменения значений беспрефиксных глаголов с точки зрения временных количественных специально результативных характеристик значение начала действия может быть выражено различными префиксами: за по вз воз: заговорить пойти вскричать одноактность мигнуть Мы характеризуем какой...