 |
Вычисления и обработка результатов измерений
|
|
|
|
Кафедра общей и технической физики
ФИЗИКА
Измерение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли
Лабораторная работа № 17
Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу физики для студентов технических специальностей
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Измерение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ ИССЛЕДУЕМОГО ЯВЛЕНИЯ
Магнитное поле Земли возникает в результате процессов, происходящих в ее ядре. Северный магнитный полюс находится в Антарктиде в нескольких километрах от южного географического полюса, южный – вблизи северного географического полюса.
Так как магнитные и географические полюса Земли не совпадают, то магнитная стрелка указывает направление север-юг только приблизительно.
Вектор напряженности магнитного поля Земли 
лежит в плоскости Р магнитного меридиана данного места, которая перпендикулярна земной поверхности. Угол 
, на который вектор 
отклонен от горизонтального направления, называется углом магнитного наклонения (рис. 1). Проекции вектора на горизонтальное и вертикальное направление будут соответственно Н Г и Н В(горизонтальная и вертикальная составляющие поля). Из рис.1 можно записать следующие соотношения между элементами земного магнетизма
;
;
;
.
Рис. 1. Составляющие магнитного поля Земли
ПРИНЦИП МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ И РАБОЧАЯ ФОРМУЛА
Для измерения горизонтальной составляющей земного магнетизма Н Г применяется тангенс-гальванометр. Этот прибор в простейшем виде представляет собой кольцевую обмотку, в центре которой помещена магнитная стрелка, способная вращаться в горизонтальной плоскости (компас). Перед началом измерений плоскость витков тангенс-гальванометра устанавливают в плоскости магнитного меридиана. В этом случае направление магнитной стрелки и её ось совпадают с плоскостью витков тангенс-гальванометра. При включении тока в цепи обмотки тангенс-гальванометра возникает новое магнитное поле, напряженность которого равна
|
|
|
,
где Г – горизонтальная составляющая магнитного поля Земли, а I – магнитное поле тока, текущего по рамке тангенс-гальванометра.
В результате магнитная стрелка установится по направлению 
(рис. 2а).
Как видно из рис. 2а, 
. Напряженность НI в центре кругового тока может быть подсчитана по теоретической формуле 
. Следовательно,
(2)
есть расчетная формула для горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли.
Рис. 2. Устройство тангенс-гальванометра и индуктора
ИЗМЕРЯЕМЫЙ ОБЪЕКТ
Измеряемым объектом является горизонтальная составляющая напряженности магнитного поля Земли.
ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА
Для измерения горизонтальной составляющей магнитного поля Н Г используется схема, показанная на рис. 2б. Сила тока в обмотке тангенс-гальванометра Т задается при помощи регулятора блока питания и измеряется амперметром. Переключатель П позволяет изменять направление тока в обмотке Т.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Поворотом подставки тангенс-гальванометра придать такое положение, чтобы плоскость обмотки совпадала с направлением магнитной стрелки.
2. При помощи регулятора блока питания выставить силу тока так, чтобы магнитная стрелка отклонилась на угол 
(рис. 2а), равный соответственно 20o, 30o, 40o 50o, 60o и 70o. Изменив направление тока и регулируя силу тока, добиться отклонения стрелки на эти же углы в другую сторону.
Данные записать в таблицу 1.
Таблица 1
| 20o | 30o | 40o | |||
| вправо | влево | вправо | влево | вправо | влево | |
| I (А) | ||||||
| I ср | ||||||
| ||||||
 (А/м)
|
|
|
|
Продолжение табл. 1
|
| 50o | 60o | 70o | |||
| вправо | влево | вправо | влево | вправо | влево | |
| I (А) | ||||||
| Iср | ||||||
|
| ||||||
| (А/м)
|
ВЫЧИСЛЕНИЯ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
1. Для каждого из углов вычислить Н Г по формуле (2).
2. Считая, что значения Н Г, полученные в п. 1, являются результатами прямых измерений, оценить неопределенность (погрешность) 
горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.
3. Записать полученный результат в стандартной форме
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Назвать основные элементы земного магнетизма, характеризующие магнитное поле Земли в данной точке ее поверхности; объяснить их смысл, вывести связь между составляющими напряженности и углом наклонения.
2. Что такое тангенс-гальванометр? Как надо установить этот прибор для того, чтобы подготовить его к производству измерения горизонтальной составляющей магнитной напряженности?
3. Написать формулу для вычисления напряженности магнитного поля, создаваемого кольцевым проводником с током в центре витка. Как определить направление вектора 
?
4. Вывести формулу для вычисления горизонтальной составляющей напряженности земного магнитного поля при измерении тангенс-гальванометром.
|
|
|
