Определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли

Земной шар представляет собой своеобразный магнит, линии магнитной индукции которого в каждой точке Земли направлены под некоторым углом к горизонту. Этот угол называется углом склонения. На экваторе угол склонения равен нулю. Это означает, что вектор магнитной индукции  на экваторе параллелен поверхности Земли. Во всех остальных точках вектор магнитной индукции можно разложить на две составляющие – параллельную горизонту, или горизонтальную составляющую  и перпендикулярную ей вертикальную составляющую :

 

                                                                   (1)

 

Горизонтально расположенная магнитная стрелка ориентируется вдоль горизонтальной составляющей  земного магнитного поля, т.е. вдоль магнитного меридиана.

Целью работы является определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.

 

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ

Схема экспериментальной установки для определения  представлена на рис.1.

Она включает источник питания постоянного тока ИП, амперметр А, магазин сопротивлений R, с помощью которого можно менять ток в цепи, переключатель К, с помощью которого можно менять направление тока в цепи, и тангенс-гальванометр Г. Тангенс - гальванометр представляет собой вертикально располо-

женную проводящую катушку радиуса r, имеющую N витков. В центре катушки помещается компас. Магнитная стрелка компаса может вращаться только в горизонтальной плоскости. Поэтому она реагирует на горизонтальную составляющую магнитного поля в центре катушки.

При выключенном источнике тока ИП, т.е. в отсутствие внешнего магнитного поля, стрелка компаса располагается вдоль магнитного меридиана. Плоскость катушки тангенс-гальванометра также устанавливается вдоль магнитного меридиана, т.е. параллельно магнитной стрелке.

Если теперь через катушку пропустить электрический ток, то в центре катушки векторы магнитных полей катушки В к и Земли В г будут перпендикулярны друг другу (рис.2). Магнитная стрелка отклонится от своего первоначального положения и установится в направлении результирующего вектора . Из рис.2 видно, что индукции В к и В г связаны между собой соотношением:

 

                                                                           (2)

 

Значение индукции поля катушки в её центре, т.е. в месте расположения магнитной стрелки, находится по формуле для магнитного поля кругового тока:

 

                                                           (3)

 

Из формул (2) и (3) следует:

                                                               (4)

Определив угол a, на который отклонится стрелка от направления меридиана при токе I через катушку, и зная параметры катушки тангенс-гальванометра, по формуле (4) можно вычислить величину горизонтальной составляющей В_г магнитного поля Земли.

Если изменить с помощью переключателя К направление тока в катушке тангенс-гальванометра, не меняя его величины I, стрелка компаса отклонится на такой же угол a в противоположную сторону по отношению к меридиану (рис.2).

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Соберите схему установки согласно рис.1.

2.Совместите плоскость катушки тангенс-гальванометра с направлением магнитной стрелки. Градусный лимб компаса поверните так, чтобы нулевые показания лимба совпали с направлением северного полюса стрелки.

3.Показав собранную цепь преподавателю, включите в сеть источник питания и переключателем К замкните цепь. При этом стрелка компаса отклонится от нулевого положения.

4.Установите с помощью магазина сопротивлений R ток I = 3 мА. Подождите, пока колебания стрелки прекратятся, и определите угол отклонения a ₁ стрелки от магнитного меридиана при токе 3 мА.

5.Не меняя значения тока I в цепи, с помощью переключателя К измените его направление и измерьте угол отклонения a₂. Величины тока I и углов a₁ и a₂ занесите в таблицу.

6.Вычислите среднюю величину угла <a> = (a₁ + a₂)/2 и занесите её в таблицу. Покажите, что при указанном способе определения угла отклонения <a> исключаются ошибки, связанные с неточной установкой плоскости катушки тангенс-гальванометра в направлении магнитной стрелки.

7.Повторите п.п. 4-6 для токов в цепи I = 6 мА и I = 9 мА, Результаты измерений занесите в таблицу.

8.По данным таблицы для трёх токов по формуле (4) рассчитайте величину горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли В_г, найдите среднюю величину < В_г > среднюю и погрешность измерения < D В_г >.

9.Запишите окончательный результат с учётом погрешности измерений.

 

ТАБЛИЦА

N = ……… витков, r =……….м
№	I, мА	a1	a2	<a>	В, Тл	D В, Тл
1
2
3
Среднее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №43

Предыдущая1234567891011Следующая

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: