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

6 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

36335. Методы измерения температуры, бесконтактный метод 56.5 KB
  О температуре нагретого тела можно судить на основании измерения параметров его теплового излучения представляющего собой электромагнитные волны различной длины. Термометры действие которых основано на измерении теплового излучения называются пирометрами. Физические тела характеризуются либо непрерывным спектром излучения твердые и жидкие вещества либо избирательным газы. Эта связь описывается законом Планка: где М0λТ плотность мощности излучения испускаемого телом находящимся при температуре Т на длине волны λ Т ...
36336. Методы измерения температуры 12.61 KB
  Методы измерения температуры. Существует два метода измерения температуры: контактный метод и бесконтактный. Из всего многообразия методов измерения температуры и измерительных средств в металлургии широкое распространение получили термопреобразователи сопротивления термоэлектрические преобразователи и пирометры излучения. Первые две разновидности датчиков используются для контроля температуры охлаждающей воды подогретых газов и воздуха поступающих к горелочным устройствам отходящих продуктов сгорания футеровки агрегатов жидких металлов...
36337. Назначение и правила выполнения структурной схемы комплекса технических средств автоматизации 54.21 KB
  Назначение и правила выполнения структурной схемы комплекса технических средств автоматизации. В самом общем виде структурная схема системы автоматизации представлена на рисунке 9. Система автоматизации состоит из объекта автоматизации и системы управления этим объектом. Благодаря определенному взаимодействию между объектом автоматизации и системой управления система автоматизации в целом обеспечивает требуемый результат функционирования объекта характеризующийся параметрами х1 х2хn Работа комплексного объекта автоматизации...
36338. Поясните понятие устойчивости линейной САУ. Дайте классификацию методов определения устойчивости и поясните их 41.01 KB
  Дайте классификацию методов определения устойчивости и поясните их. Устойчивость СУ по начм условиям по Ляпунову это свво системы без которого она не работоспособна. устойчива то затухают все составляющее свободных движений вызванных любыми ненулми начми условиями.
36340. Функциональная схема САР развернутым способом с изображением технологического оборудования. 37.53 KB
  Развернутый способ как правило применяют для наиболее сложных объектов автоматизации. Упрощенный способ применяют в основном для несложных объектов автоматизации. Изображение приборов и средств автоматизации при этом способе производят непосредственно на изображении технологического оборудования и трубопроводах. Приборы и средства автоматизации осуществляющие сложные функции контроль регулирование сигнализацию и т.
36341. Приведите классификацию, формулировки критериев устойчивости и поясните их 46.57 KB
  Для более сложных случаев разработаны критерии устойчивости т. Алгебраические позволяют судить об устойчивости по коэффициентам Ар. Критерий Гурвица: Для асимптотической устойчивости необходимо чтобы все миноры данной матрицы были положительными.
36342. SCADA-система iFIX 71.9 KB
  Такие системы обеспечивают получение данных в реальном времени как персоналом предприятия так и прикладным программным обеспечением установленным на предприятии. Представление данных в реальном времени является ключевым для более эффективного использования ресурсов и персонала и для большей степени автоматизации . Для сбора данных системе iFIX не требуется уникальное оборудование. Основой программного обеспечения iFIX является база данных процесса.