Электрич и Магн / ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №13

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №13

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ С ПОМОЩЬЮ ТАНГЕНС - ГАЛЬВАНОМЕТРА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: определить горизонтальную составляющую магнитного поля Земли.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: источник питания, реостат, двойной переключатель, миллиамперметр, тангенс-гальванометр, соединительные провода.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ.

Всякий электрический ток возбуждает в окружающем его пространстве магнитное поле. Магнитное поле является носителем ряда физических свойств, и одной из его основных векторных характеристик является напряженность магнитного поля. Магнитное поле в центре кругового проводника с радиусом R (рис. 1) определяется выражением:

(1)

Единица напряженности магнитного поля в системе СИ - 1А/м.

В пространстве, окружающем Землю, существует магнитное поле, происхождение которого до настоящего времени еще не выяснено. Схема силовых линий магнитного поля Земли изображена на рис. 2. Южный магнитный полюс находится вблизи северного географического полюса N.

Направление магнитных силовых линий устанавливается с помощью магнитной стрелки. Если подвесить магнитную стрелку на нити (рис. 3) так, чтобы точка подвеса совместилась с центром тяжести, то стрелка установится по направлению касательной к силовой линии магнитного поля Земли. В северных широтах северный конец такой стрелки расположен ниже точки подвеса - ось стрелки с горизонтом составляет угол наклонения (на экваторе этот угол равен нулю).

Вертикальная плоскость, проходящая через ось установившейся магнитной стрелки, называется плоскостью магнитного меридиана. Угол между магнитным и географическим меридианами называется магнитным склонением.

Напряженность магнитного поля Земли H можно представить суммой горизонтальной H₀ и вертикальной H_n составляющих (рис. 3). Зная горизонтальную составляющую магнитного поля и угол наклонения, легко определить вертикальную составляющую поля:

. (2)

Горизонтальная составляющая H₀, магнитное наклонение  и склонение  являются основными параметрами магнитного поля Земли.

С помощью прибора тангенс-гальванометр (рис. 4) можно по известному току определить горизонтальную составляющую магнитного поля Земли. Тангенс-гальванометр состоит из вертикальных круговых витков, в центре которых установлена магнитная стрелка. С помощью магнитной стрелки, вращающейся вокруг вертикальной оси, устанавливают плоскость витков в плоскости магнитного меридиана. После этого включают круговой ток. В результате на магнитную стрелку будут действовать два взаимно перпендикулярных поля: горизонтальная составляющая магнитного поля Земли H₀ и магнитное поле тока H_i. В опыте стрелка установится по направлению равнодействующей (рис. 5):

. (3)

Из рис. 5 следует что:

. (4)

При N витках напряженность магнитного поля в центре прибора равна (в системе СИ):

. (5)

Таким образом:

. (6)

Согласно общей теории ошибок возможная относительная ошибка определения напряженности поля по формуле (6) выражается суммой:

. (7)

Угол  берется в радианах.

Из формулы (7) следует, что ошибка, связанная с неточностью отсчета угла, будет минимальная при =45. Таким образом в опыте необходимо подбирать такую силу тока, чтобы отклонение стрелки прибора было близко к 45.

Ход РАБОТЫ

1. Собрать цепь по схеме (рис. 6).

2. Установить тангенс-гальванометр в плоскости магнитного меридиана Земли (по магнитной стрелке).

3. Включить источник тока.

4. Замкнуть переключатель SA и с помощью реостата R установить такой ток, чтобы магнитная стрелка повернулась на угол ₁15. Записать значения I и ₁ в табл.1.

5. Переключателем SA изменить направление тока в цепи и записать в таблицу новое отклонение стрелки ₂ (перемена направления тока позволяет избавиться от ошибки, которая возникает из-за неточности совпадения плоскости тангенс-гальванометра с плоскостью магнитного меридиана). Повторить измерения несколько раз. Для расчета взять среднее арифметическое _ср.

6. Повторить пп. 4, 5 для других значений токов, при которых отклонение стрелки составит приблизительно 30 и 45.

7. Рассчитать для каждого тока горизонтальную составляющую магнитного поля Земли H₀ и погрешности измерения. Результаты занести в табл. 1.

Таблица 1

N= витков			r = м
№	I, мА	1	2	ср	H0, А/м

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Каковы элементы земного магнетизма?

2. Сформулируйте и запишите закон Био-Савара-Лапласа.

3. Что характеризует вектора магнитной индукции и напряженности магнитного поля?

4. Почему магнитная стрелка тангенс-гальванометра должна быть малых размеров?

5. Выведете напряженность магнитного поля прямого тока конечных размеров на оси кругового тока.

СПИСОК РЕКОМЕНДАТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алексеев О.Л., Ворончихин Л.Д., Коврижных Ю.Т. Руководство к лабораторным работам по курсу общей физики: Электричество. – Свердловск, 1974. – с. 152-161.

2. Евграфова Н.Н., Каган В.Л. Руководство к лабораторным работам по физике: Учеб. пособие для радиотехн. и электроприборостроит. специальностей вузов. М.: Высш. школа, 1970. – с. 177-181.

3. Савельев И.В. Курс общей физики: Электричество. – М.: Наука, 1970. – Т.II. – с. 183-189.