V. Содержание отчета

Отчет по работе составляется в произвольной форме и должен содержать:

1. Краткое описание. Электрические схемы.

2. Экспериментальные данные (таблица).

3. Результата расчета.

4. График резонансной кривой I = f (ν).

5. Значение резонансной частоты и добротности контура.

6. Выводы.

VI. Контрольные вопросы

1. Начертить схему колебательного контура. Какие процессы в нем происходят в различные интервалы времени?

2. Начертить векторную диаграмму процессов, происходящих в контуре.

3. Что такое индуктивное, емкостное, полное сопротивление контура?

4. Записать закон Ома для цепи переменного тока.

5. Записать уравнение затухающих и вынужденных колебаний в контуре.

6. Определить физический смысл добротности контура.

7. Что называется действующим значением тока и напряжения?

8. В цепи, изображенной на рис. 8, проходит синусоидаль­ный переменный ток частотой 50 Гц, причем действующие значения напряжений U_АВ =15 В, U_BD = 12 В, U_DK =10 В. Определите дейст­вующее значение напряжения на участке АК и сдвиг фаз между коле­баниями силы тока и напряжения на этом участке.

9. На участкеАС в схеме, изображенной на рис.9. Сдвиг фаз между током и напряжением φ = 30⁰. Как изменится эта величина, если частота напряжения станет в два раза больше?

10. В цепь переменного тока напряжением 220 В и частотой 50 Гц включены последовательно емкость 35,4 мкФ, сопротивление 100 Ом и индуктивностью 0,7 Гн. Найдите ток в цепи.

11. Индуктивность 22,6 мГн и сопротивление включены параллельно в цепь переменного тока частотой 50 Гц. Найдите сопротивление, если известно, что сдвиг фаз между напряжением и током 60⁰.

12. Катушка длиной 50 см и площадью поперечного сечения 10 см² включена в цепь переменного тока частотой 50 Гц. Число витков катушки 3000. Найдите ее омическое сопротивление, если сдвиг фазы между напряжением и током 60⁰.

2.7 Определение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли при помощи тангенс-буссоли

Цель работы: нахождение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли.

I. Теоретическое введение

Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которого осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.

Основные свойства магнитного поля:

1. магнитное поле порождается электрическим током (движущимися зарядами).

2. Магнитное поле оказывает силовое действие на электрический ток (движущиеся заряды).

3. Магнитное поле имеет вихревой характер, то есть его силовые линии замкнуты.

Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции , величина которого показывает, какая максимальная сила действует на проводник с током длиной 1 м, по которому течет ток 1 А.

(1)

Магнитное поле, в отличии от электрического, не оказывает действие на покоящийся заряд. Сила возникает лишь тогда, когда заряд движется.

Для магнитного, как и для электрического поля, справедлив принцип суперпозиции:

вектор индукции магнитного поля, порождаемого несколькими движущимися зарядами (токами), равен векторной сумме магнитных индукций полей, порождаемых каждым движущимся зарядом (током) в отдельности:

(3)

Графически магнитное поле изображают с помощью силовых линий.

Силовые линии (линии магнитной индукции) – это линии, в каждой точке к которым касательная совпадает с вектором магнитной индукции.

Таким образом, чтобы определить направление вектора магнитной индукции ,сначала определяют расположение и направление силовых линий магнитного поля (по правилу буравчика), а затем в заданной точке проводят к ним касательную.

Величину и направление вектора можно определить с помощью закона Био-Савара-Лапласа:

(4)

или , (5)

где вектор индукции магнитного поля, созданного элементом проводника с током длиной dl,

- радиус вектор, проведенный от элемента проводника dl к точке в которой определяется магнитная индукция,

α – угол между векторами и (за направление принимается направление тока),

μ – магнитная проницаемости среды (для вакуума μ = 1),

μ₀ =4π·10^-7 гн/м – магнитная постоянная.

Величину, равную отношению

(6)

Называют напряженностью магнитного поля. Она не зависит от свойств среды, а зависит от силы тока, протекающего по контуру, формы контура и его расположения относительно точки, в которой определяется напряженность.

С учетом (6) закон Био-Савара-Лапласа можно записать для напряженности магнитного поля:

(7)

Определим с помощью закона Био-Савара-Лапласа напряженность магнитного поля в центре кругового витка.

Для этого выберем на проводнике элемент длиной dl, создающий магнитное поле напряженностью . Для любого элемента токанаправлен вдоль штриховой линии, перпендикулярной плоскости кругового проводника (рис. 1). Поэтому в соответствии с принципом суперпозиции магнитных полей.

Учитывая, что , т.е.sinα = 1, r=R – радиус кругового витка, - длина окружности, из (7) получим:

(8)

Единицей напряженности магнитного поля является ампер на метр:

[Н] = 1А/м

1А/м – это напряженность в центре кругового тока с диаметром, равным 1 м, если по нему протекает ток 1А.

Магнитное поле Земли.

Основная часть магнитного поля Земли, по современным воззрениям, имеет внутриземное происхождение. Магнитное поле Земли создаётся её ядром. Внешнее ядро Земли жидкое и металлическое. Металл – проводящее ток вещество, и если бы существовали в жидком ядре постоянные течения, то соответствующий электрический ток создавал бы магнитное поле. Благодаря вращению Земли, такие течения в ядре существуют, так как Земля в некотором приближении является магнитным диполем, то есть своеобразным магнитом с двумя полюсами: южным и северным.

Незначительная часть магнитного поля (около 1%) имеет внеземное проис­хождение. Возникновение этой части приписывают электрическим токам, те­кущим в проводящих слоях ионосферы и поверхности Земли. Эта часть магнитного поля Земли подвержена слабому изменению со време­нем, которое называется вековой вариацией. Причины существования электрических токов в вековой вариации неизвестны.

Магнитные и географические полюса Земли не совпадают друг с другом (рис.2). Северный маг­нитный полюс N лежит в южном полушарии, вблизи берегов Ан­тарктиды, а южный магнитный полюс S находится в Северном полушарии, вблизи северного берега острова Виктория (Канада). Оба полюса непрерывно перемещаются (дрейфуют) на земной поверхности из-за переменности порождающих магнитное поле процессов. Кроме того, ось магнитного поля не проходит через центр Земли, а отстаёт от него на 430 км. Магнитное поле Земли не симметрично. Благодаря тому, что ось магнитного поля проходит всего под углом в 11,5 градусов к оси вращения планеты, можно пользоваться компасом.

В северном полушарии - южный конец будет наклонён к Земле и стрелка со­ставит с го­ризонтом угол наклонения φ (на магнитном экваторе наклонение φ равно нулю). Вертикальная плоскость, в которой расположится стрелка, назы­вается плоскостью магнитного меридиана. Так как магнитные полюса не совпадают с географическими полюсами, то стрелка будет отклонена от гео­графического меридиана. Угол, который образует вертикальная плоскость, проходящая через стрелку (то есть магнитный меридиан), с географическим мери­дианом, называется магнитным склонением. Вектор на­пряжённости магнитного поля Земли можно разложить на две составляющие: горизонтальную и вертикальную (рис.3).

Горизонтальная составляющая Н_ЗГнаибольшее значение имеет у экватора и равна нулю у полюсов:Н_ЗГ=(31,8÷0,0) А/м.

Вертикальная составляющая Н_Зв.всего более у полюсов и равна нулю у экватора:Н_ЗВ=(0,0÷55,7) А/м.

Значение углов наклоне­ния и склонения, а также горизонтальной составляющей дают возмож­ность определить величину и направление полной напряжённости магнитного поля Земли в данной точке. Если магнитная стрелка может свободно вращаться лишь вокруг вертикальной оси, то она будет устанавливаться под действием горизонтальной составляющей магнитного поля Земли в плоскости магнитного меридиана. Горизонтальная составляющая, магнитное склонение и на­клонение φ называются элементами земного магнетизма. Все элементы зем­ного магнетизма изменяются с течением времени.

Наклонение измеряется особым прибором инклинатором.

Горизонтальную составляющую напряженности, возможно, определить различными способами: в частности, ее можно определить при помощи тангенс-буссоли.