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

47406. Использование трудовых ресурсов и фонда оплаты труда на примере МУП «ПУ водопроводно-канализационного хозяйства» 149.67 KB
  Актуальность темы Анализ трудовых ресурсов и фонда оплаты труда так как считаю что она очень актуальна и к тому же трудовые ресурсы являются неотъемлемой частью каждого российского предприятия. И для того чтобы выявить и более эффективно использовать трудовые ресурсы на каждом предприятии необходимо проводить экономический анализ. Целью выпускнойквалификационной работы является проведение анализа использования трудовых ресурсов и фонда оплаты труда на примере МУП ПУ водопроводноканализационного хозяйства. Исходя из...
47408. Исследование формирования лидерских качеств у старших дошкольников 155.77 KB
  Теоретические основы проблем формирования лидерских качеств у старших дошкольников предпосылок лидерских качеств у старших дошкольников Роль воспитателя в формировании лидерских качеств старших дошкольников в условиях ФГТ Выводы по первой главе 41 Экспериментальное исследование формирования лидерских качеств у старших дошкольников 2.2 Разработка комплекса мероприятий по формированию лидерских качеств 52 2.
47409. Создание и функционирование лизинговой компании 467 KB
  Добролюбова Переводческий факультет Кафедра Экономический анализ финансы и аудит Дипломная работа Создание и функционирование лизинговой компании Исполнитель Ф. Об арендной и лизинговой деятельности Создание и функционирование международной лизинговой компании Лицензирование международной лизинговой деятельности
47410. Оценка финансового состояния торгового предприятия на примере ООО «Ярстрой» 722.5 KB
  СОЛОВЬЕВА Факультет очнозаочного обучения Кафедра экономики ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА Дипломная работа Оценка финансового состояния торгового предприятия на примере ООО Ярстрой на соискание квалификации экономистменеджер по специальности 060800 Экономика и управление на предприятии машиностроения Соискатель студент группы ВЭП 199 Крупина Н. Тема выпускной работы Оценка финансового состояния торгового предприятия на примере ООО Ярстрой Содержание выпускной работы: 2. Содержание анализа финансового состояния предприятия 7...
47411. Анализ практики кредитования физических лиц в ООО «ХКФ Банк» и совершенствование процесса кредитования в современных условиях 229.99 KB
  Об этом свидетельствует расширение круга операций банков в том числе и в области кредитования. Кредитование прочно заняло место основного вида активной банковской деятельности поскольку: вопервых успешное осуществление кредитных операций ведет к получению основных доходов банков способствует повышению их надежности и устойчивости а неудачам в кредитовании сопутствует их разорение и банкротство; вовторых банки призваны аккумулировать собственные и привлеченные ресурсы для кредитования инвестиций в развитие экономики страны; втретьих...
47412. Формирование географических представлений у детей дошкольного возраста в процессе ознакомления с природой Родного края 1.07 MB
  Необходимость формирования географических представлений уже в дошкольном возрасте вызвана и темпами развития современных детей объем информации вызывающей интерес очень возрос дети начиная с младшего возраста готовы к восприятию знаний об окружающем их мире. В педагогической науке и практике достаточно полно разработаны основные идеи образования и воспитания детей в области окружающей среды И. В стране создан целый ряд как комплексных направленных на всестороннее развитие детей так и парциальных...
47414. Автоматизация бухгалтерского учета в ООО «Иртех» 913 KB
  Целью данной выпускной квалификационной работы является систематизация, закрепление и расширение теоретических знаний и практических навыков бухгалтерского учета и экономического анализа расчетов по оплате труда, изучение организации бухгалтерского учета расчетов с персоналом по оплате труда в ООО «Иртех», экономический анализ фонда оплаты труда данного предприятия.