Визначення горизонтальної складової індукції магнітного поля Землі.

Мета роботи:

1. Ознайомитись з гіпотезами земного магнетизму;

2. Навчитись визначати горизонтальну складову індукції магнітного поля Землі;

3. Ознайомитися з одиницями вимірювання індукції і напруженості магнітного поля Землі.

Прилади і матеріали:

Тангенс-гальванометр; амперметр до 1 А; реостат на 20 – 40 Ом, 2 А; ключ – комутатор; лінійка на 40 см; випрямляч селеновий на 4-8 В або батарея лужних акумуляторів на 2,5-5 В; з’єднувальні ровідники.

Завдання до лабораторної роботи:

а) при домашній підготовці:

1. Вивчити теоретичний матеріал про будову феромагнетиків. Познайомитися з сучасними магнітними матеріалами. [1,2,7]

2. Познайомитися з сучасними поглядами на природу магнітного поля Землі. ([8],стр.74)

3. Вивчити будову приладів, які потрібні для виконання роботи, описати їх в зошиті. Зарисувати робочу схему. [6]

б) при виконанні роботи:

1. Скласти електричне коло за схемою.

2. Розташувати колову рамку тангенс-гальванометра в площині магнітного меридіану. Повертаючи шкалу відліку, встановити нульову поділку проти одного з полюсів магнітної стрілки.

3. Визначити сталу тангенс-гальванометра. Для цього:

а) Замкнути коло, і домогтися, щоб стрілка повернулася на кут 45. Зафіксувати значення сили струму і за формулою розрахувати сталу С;

б) Змінити напрям струму і провести аналогічні вимірювання.

4. Визначити горизонтальну складову індукції магнітного поля Землі за формулою . Крім того визначити середнєзначення горизонтальної складової індукції магнітного поля Землі за формулою для кількох значень сили струму.

Правила техніки безпеки:

• при приєднанні випрямляча до приладів використовуйте провідники з непошкодженою ізоляцією;

• не подавайте напругу в коло без попередньої перевірки його викладачем.

Теоретичні відомості

Існування магнітного поля Землі безпосередньо підтверджується відхиленням магнітної стрілки при її вільному підвісі. При цьому остання встановлюється у напрямі дотичної до лінії індукції магнітного поля Землі. Значення індукції магнітного поля Землі невеликі і змінюються від 0,42 ∙10^-4 Тл на екваторі до 0,7∙10^-4 Тл поблизу магнітних полюсів.

Основними параметрами магнітного поля Землі є: магнітне схилення (кут між напрямом вектора і площиною горизонту (рис. 1,а)), магнітне схилення (кут між горизонтальною складовою вектора і площиною географічного меридіана) і горизонтальна складова індукції магнітного поля Землі .

У першому наближенні магнітне поле Землі можна уявити як поле однорідно намагніченої кулі. На магнітних полюсах магнітне нахилення дорівнює 0 ± 90°. Тому повна індукція і вертикальна складова магнітного поля мають однакові значення — магнітна стрілка встановлюється у вертикальному положенні.

На магнітному екваторі ( = 0°) повна індукція і горизонтальна складова дорівнюють одна одній — магнітна стрілка встановлюється в горизонтальному положенні.

Схематично поле Землі зображено на рис.1,б. Насправді ж поле має досить складний характер. Горизонтальну складову визначають за допомогою приладу, що називається тангенс-гальванометром. Він складається з колової рамки, розміщеної вертикально в площині магнітного меридіана. У центрі рамки на вертикальній осі закріплено невелику магнітну стрілку, яка може вільно обертатися тільки в горизонтальній площині. Вона повинна бути настільки малою, щоб можна було вважати індукцію, яка діє на полюси стрілки, такою, що дорівнює індукції в центрі колового струму.

При пропусканні струму через рамку магнітна стрілка зазнає дії двох магнітних полів, а саме: магнітного поля Землі (йдеться про горизонтальну складову , оскільки вертикальна складова зрівноважується реакцією опори стрілки) і магнітного поля струму з індукцією , що проходить через рамку тангенс-гальванометра.

Під дією цих полів магнітна стрілка встановлюється остаточно в певному напрямі під кутом а до напряму магнітного поля Землі (рис.2). Тоді маємо

=

де — індукція магнітного поля струму.

Запитання для самоконтролю:

1. Що називається напруженістю магнітного поля і в яких одиницях вона вимірюється?

2. Як збудувати тангенсгальванометр?

3. Що називається магнетиком? Які найважливіші властивості феромагнетиків Ви знаєте?

4. Яка різниця між магнітом’якими і магнітотвердими матеріалами?

5. Які основні параметри магнітного поля Землі?

6. Що ви знаєте про природу земного магнетизму?

7. Запишіть і поясніть закон Біо-Савара-Лапласа.

8. Чому географічний і магнітний полюси Землі не співпадають?

9. Чому горизонтальну складову індукції магнітного поля Землі найкраще вимірювати при кутах відхилення 45?

10. Чому рівне магнітне схилення на полюсах?

Література:

1. С.Г Калашников. Электричество. М., 1977, №103, ст.206.

2. В.П Дущенко . Фізичний практикум. К., 1984, ст.94-96.

3. А.В. Кортнев и др. Практикум по физике. М., 1965, работа № 56, ст.331.

4. В.Г. Чепуренко. Руководство к лабораторным работам по физике. Работа № 35, ст.144.

5. Н.Н. Мейсова. Практикум по курсу общей физике. М., 1970, работа №52, ст.284.

6. І.Т. Горбачук. Лабораторний практикум.§77, ст.329.

7. І.Т. Кучерук, І.Т. Горбачук. Загальна фізика. Електрика і магнетизм. К., 990.§9.7, ст.998.

8. ФЭС (физический энциклопедический словарь).т. II. М., 1962.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №7

Дослідження зміни корисної потужності акумуляторної батареї та її коефіцієнта корисної дії залежно від змінисили струму.

Мета роботи:

1. Вивчити будову та принцип дії хімічних джерел ЕРС.

2. Навчитися досліджувати зміну корисної потужності акумуляторної батареї та її коефіцієнта корисної дії залежно від зміни сили струму.

3. Вивчити, описати в робочому зошиті лужний акумулятор.

4. Описати будову, принцип роботи, умови експлуатації та зарядки лужного акумулятора.

5. Вивчити принцип дії вольтметра, амперметра, реостата, які використовуються в цій роботі.

Прилади і матеріали:

Батарея акумуляторів на 4-6В; Вольтметр на 6В; Амперметр до 5А Реостат з повзунком на 30-40 Ом; Реостат з повзунком на 2-5 Ом; Два ключі; З'єднувальні провідники.

Завдання до лабораторної роботи:

а) при домашній підготовці:

1. Вивчити будову лужного акумулятора, зарисувати його розріз, описати режим зарядки акумулятора та правила його експлуатації([5] 6.5).

2. Вивчити допоміжні прилади, схеми (вольтметр, амперметр, реостат).

3. Вивчити теоретичний матеріал про ККД акумулятора, потужність джерела постійного струму.

4. Зарисувати в зошит схему роботи та проаналізувати принцип дії.

5. Відшукати в літературі відповіді на контрольні запитання.

б) при виконанні роботи:

1. Скласти електричне коло за схемою, в якій ε - акумуляторна батарея, R₀-змінний опір: реостат на 2-5 Ом, який включається між елементами батареї і призначений для штучного збільшення внутрішнього опору батареї та для зменшення струму короткого замикання, що проходить через батарею, коли зовнішній опір дорівнює R.

2. Замкнути коло (Ключ К2), змінюючи його зовнішній опір реостатом, виміряти 12-15 значень струму і напруги. Початковий струм можна встановити 0,2А

3. За експериментальними значеннями струму та напруги обчислити для кожного значення сили струму величини P_k і за формулами

_, або

3. П обудувати на тих самих осях графіки залежності корисної потужності і ККД від сили струму.

Теоретичні відомості:

Акумулятори — хімічні джерела струму, в яких електрична енергія одержується внаслідок хімічної реакції, протилежної тій дії, яка відбувається при зарядженні. Основними характеристиками акумуляторів є ЕРС , внутрішній опір , максимальна потужність та максимальний струм _max. Для практики важливою властивістю акумуляторів є те, що їхня ЕРС може бути стабільною протягом тривалого часу.

Джерело струму розвиває повну потужність . Корисна потужність, яка витрачається у зовнішньому колі

. (1)

Коефіцієнт корисної дії:

(2)

(3)

Потужність і ККД акумулятора значною мірою залежить від навантаження, тобто від струму , що проходить у колі.

На рис. 3 показано цю залежність. Графік = f ( ) виражається відрізком параболи, вісь якої паралельна осі координат (1); тому існує екстремальна точка M на кривій = f ( ), координати якої можна визначити із формули (1):

і (4)

Г рафік = f ( ) є спадною лінійною функцією струму.

М

100%

50%

1. 2

0

3 формул випливає, що джерело віддаватиме максимальну потужність, коли зовнішній опір дорівнює внутрішньому: .

У цьому випадку, як видно із формули (3), = 50 %. Крім того, = 1, коли R = 0. При збільшенні сили струму величина зменшується i стає такою, що дорівнює нулю, коли зовнішній опір R = 0, тобто при короткому замиканні.

Правила техніки безпеки:

• при під’єднанні приладів до акумулятора використовуйте провідники з непошкодженою ізоляцією;

• не перевертайте акумулятор, щоб не допустити витікання лугу (водний розчин їдкого натру) та запобігти попаданню його на предмети та шкіру;

• не замикати клеми акумулятора між собою.

Запитання для самоконтролю:

1. Що називається контактною різницею потенціалів?

2. Як збудований і працює лужний акумулятор? Його напруга, величина зарядного струму, напруга джерела зарядки

3. Що називається ЕРС акумулятора? Як її вимірюють?

4. Від чого залежить величина корисної потужності акумуляторної батареї?

5. Як побудований кислотний акумулятор? Порівняйте його характеристики з лужним акумулятором

6. Хто і коли вперше виготовив лужні і кислотні акумулятори?

7. Яке обладнання і прилади потрібні для зарядки акумулятора? Що таке формовочна зарядка акумулятора?

8. Що називають електрохімічним (контактним) потенціалом?

9. Як змінити чутливість амперметра? Що називається ціною поділки приладу?

10. Що називається корисною потужністю акумулятора? При яких умовах вигідно сполучати акумулятори в батарею паралельно? Послідовно?

Література:

1. С.Г.Калашников.Электричество.М.,1977,&71,стр.141

2. Фізичний практикум за редакцією В.П.Дущенка К.,1965, Робота №51,стр180

3. Винниченко. Фізичний практикум, робота 41, стор.262

4. Горбачук. Загальна Фізика. Лабораторний практикум, К.,1992

5. Кучерук, Горбачук. Загальна фізика. Електрика магнетизм, К.,1990.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №8