1. Цель работы
Цель работы: определить с помощью тангенс – гальванометра горизонтальную составляющую напряженности магнитного поля Земли, электрическую постоянную системы СИ и скорость света в вакууме.
2. Описание лабораторной установки
Электрическая схема установки для определения горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли приведена на рис.1. Сила тока I через тангенсгальванометр устанавливается с помощью реостата R и контролируется миллиамперметром . Число витков в катушке тангенс-гальванометра N = 36, радиус каждого витка R = 0,2 м.
Рисунок 1.(Б – источник питания, mA – миллиамперметр, R – реостат, Г – тангенс-гальванометр)
Для определения электрической постоянной системы СИ собирают схему, изображенную на рис.2. В качестве переключателя a-b используется реле, обмотка которого включается в сеть. При этом частота переключений равна частоте переменного напряжения в сети ( = 50 Гц). Конденсатор имеет следующие параметры: относительная диэлектрическая
проницаемость воздушного зазора между обкладками ≈ 1, коэффициент ′ = 1 = 4,5 ∙ 10−7 1/м.
Рисунок 2. (Б – источник питания, С – конденсатор, Г – тангенс-гальванометр, a-b – электромагнитный переключатель)
3. Рабочие формулы
1) αср = 1+ 2+ 3 - углы отклонения магнитной стрелки при различных значениях
3
силы тока I
2) г = 2 tg – расчет горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля
Земли, где I – сила тока, N – число витков в катушке, R – радиус витков катушки, tgα – угол отклонения магнитной стрелки.
3) Hср = 1+ 2+ 3 – среднее значение горизонтальной составляющей напряженности
3
магнитного поля Земли
4) α’ср = ′1+ ′2 – среднее значение отклонение угла магнитной стрелки
2
5) |
|
|
= |
1 |
∙ |
2 г ср |
– расчет электрической постоянной системы СИ, где U – |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
напряжение зарядки конденсатора, v – частота зарядки/разрядки конденсатора, K – |
||||||||||||
|
коэффициент проницательности. |
|
|
||||||||||
6) |
|
= |
|
|
|
1 |
|
|
– расчет электродинамической постоянной, где |
|
= 4 ∙ 10−7Гн/м – |
||
|
|
|
|
|
|
0 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
√ 0 0 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
магнитная постоянная системы СИ.
4. Вычисления
αср1 = 1+ 2+ 3 = 17° при I = 40 мА 3
αср2 = 1+ 2+ 3 = 28° при I = 70 мА 3
αср3 = 1+ 2+ 3 = 30° при I = 80 мА 3
|
= |
|
|
|
|
= |
40 10−3 36 |
= 11,77 А/М - горизонтальная составляющая напряженности |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
г1 |
|
|
|
|
|
2 tg 2 0,2 0,3 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
магнитного поля Земли при I = 40 мА |
|||||||||||||||||||||||
|
= |
|
|
|
|
= |
70 10−3 36 |
= 11,84 А/М - горизонтальная составляющая напряженности |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
г2 |
|
|
|
|
|
2 tg 2 0,2 0,53 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
магнитного поля Земли при I = 70 мА |
|||||||||||||||||||||||
|
= |
|
|
|
|
= |
40 10−3 36 |
= 12,47 А/М - горизонтальная составляющая напряженности |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
г3 |
|
|
|
|
|
2 tg 2 0,2 0,57 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
магнитного поля Земли при I = 80 мА |
|||||||||||||||||||||||
Hср = |
1+ 2+ 3 |
= 12,026 А/М |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
α’ср |
= |
|
′ |
1+ ′2 |
= 6° |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
= |
1 |
∙ |
2 г срtg |
= |
4.5∙2∙0.2м∙12,026∙tg6° |
= 10,53 ∙ 10−12Ф/М – электрическая постоянная. |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
0 |
|
|
|
|
|
|
10 |
7 |
∙36∙50∙12В |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
= |
|
|
|
|
1 |
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
= 2,749 ∙ 108 м/c – скорость распространения |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
√ 0 0 |
√10,53∙10−12∙4 ∙10−7 |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
электромагнитных волн в вакууме.
5. Погрешности
ϴHг = Hг ( sin2α2ϴα + ϴII ) = 12,47*(2*0,5°/sin2*25° + 0,001/0,063) = 0,48 А/м
ϴ |
= |
( |
|
+ |
|
+ |
|
) = 10,53 ∙ 10−12( |
0,48 |
+ |
0,5 |
+ |
0,4 |
) = 2,86*10-12 Ф/М |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
12,47 |
2,5 |
|
12 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
0 |
|
|
8 |
|
2,86 10−12 |
|
|
8 |
|
|
|
||||||
ϴс = с*( |
|
) = 2,749*10 |
* ( |
|
) = 0,37*10 |
|
м/c |
||||||||||||
2 0 |
2 10,53∙10−12 |
|
|||||||||||||||||
6.Вывод
Входе решения лабораторной работы было выявлено:
Горизонтальная составляющая напряженности магнитного поля Земли равна Hср = 12,0 ± 0,5 А/М
Электрическая постоянная система СИ: 0 = 10,5 ± 2,9 ∙ 10−12Ф/М при таблично значении
0 = 8,85 ∙ 10−12Ф/М
Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме: с = 2,7 ± 0,4 ∙ 108 мс при табличном значении с = 3 * 108 м/c
Итого, вычисленные значения сходятся с табличными данными. Это значит, что все данные найдены верно и лабораторная работа выполнена успешно.