16 Дослідження поля кругового струму та визначення горизонтальної складової індукції магнітного поля Землі

Мета роботи: Визначити горизонтальну складову індукції магнітного поля Землі.

16.1 Теоретичні дослідження

16.1.1 Поле кругового струму

Як відомо, закон Био - Савара - Лапласа дозволяє визначити індукцію магнітного поля dВ, створену елементом прямолінійного провідника dl зі струмом I у точці А, радіус вектор якої r проведений від dl у такий спосіб:

, (16.1)

де µ₀ -магнітна постійна, що дорівнює 4- 10-7 Гн/м, µ - магнітна проникність середовища, r - радіус - вектор.

Модуль вектора dВ:

, (16.2)

де β- кут між векторами dl. і r.

Напрямок dВ перпендикулярно dl і r, тобто площини, де вони лежать. Цей напрямок може бути знайдене за правилом правого гвинта: напрямок головки обертання гвинта показує напрямок dВ, якщо поступальний рух гвинта збігається з напрямком струму в елементі.

Для магнітного поля, як і електричного, виконується принцип суперпозиції: магнітна індукція поля, створеного декількома струмами дорівнює векторній сумі магнітних індукцій полів, створюваних кожним струмом окремо:

. (16.3)

Використовуючи цей принцип і закон Био - Савара - Лапласа, можна визначити поля, створювані провідниками різної форми зі струмом. Зокрема, для кругової рамки з радіусом R, числом витків n і струмом I індукція магнітного поля в її центрі:

. (16.4)

15.1.2 Магнітне поле Землі

Земля, як планета, являє собою величезний кульовий магніт. У просторі, що оточує Землю, створюється магнітне поле, характер і напрямок силових ліній якого зображені на рис. 16.1. Північний магнітний полюс N перебуває в районі південного географічного полюса S і навпаки. Координати магнітних полюсів не збігаються з географічними. Магнітна вісь нахилено щодо географічної на кут 11^o.

Рисунок 16.1 Магнітне поле Землі.

Існування магнітного поля в будь-якій точці Землі можна встановити за допомогою магнітної стрілки. Якщо підвісити магнітну стрілку в її центрі ваги за нитку, то стрілка встановиться по напрямку дотичної до силової лінії магнітного поля Землі. У Північній півкулі південний кінець буде нахилений до Землі й стрілка складе з обрієм деякий кут. У Південній півкулі південний кінець стрілки буде піднятий над Землею. Це вказує на наявність у магнітному полі Землі крім горизонтальної складової й вертикальної складовій.

Вертикальна площина, у якій розташовується стрілка, називається площиною магнітного меридіана. Вектор повної індукції магнітного поля Землі (уздовж якого встановлюється стрілка) можна розкласти на дві складові: горизонтальну В_н і вертикальну В_z.Якщо магнітна стрілка може вільно обертатися лише навколо вертикальної осі (як у компасі), то вона буде встановлюватися під дією горизонтальної складової магнітного поля Землі в площині магнітного меридіана.

Розробленої кількісної теорії геомагнітного поля Землі в цей час не існує. Передбачається, що головним джерелом поля є вихрові струми в рідкому ядрі Землі.