05032013_3225 / РАБ.№5-2

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ

АКАДЕМИЯ»

Кафедра физики

Лаборатория электричества и магнетизма №2(114)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

Отредактировано: доцентом Русских И.Т.

Ижевск 2013

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

Цель работы: определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли в данном месте с помощью тангенс-гальванометра.

Приборы и принадлежности: 1) тангенс-гальванометр, 2) амперметр, 3) двойной переключатель, 4) реостат, 5) источник тока.

Магнитное поле Земли представляет собой поле огромного постоянного магнита (рис. 1). Силовые линии на экваторе направлены горизонтально, у магнитных полюсов – вертикально, а в остальных точках земной поверхности силовые линии магнитного поля направлены под некоторым углом к горизонтальной плоскости. Величину проекции индукции земного магнитного поля В на горизонтальную плоскость называют горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли В_Г.

ﾧ

Магнитная стрелка, ось вращения которой вертикальна, будет отклоняться в горизонтальной плоскости только под действием горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли. Это свойство магнитной стрелки используется в тангенс-гальванометре для определения В_Г.

Зная величину В_Г, можно использовать тангенс-гальванометр в качестве прибора, измеряющего ток. В данной работе решается обратная задача, определяется В_Г.

Закон Био–Савара–Лапласа для проводника с током I, элемент dl которого создаёт в некоторой точке А (рис. 2) индукцию поля dB, записывается в виде:

Рис. 2

где – вектор, по модулю равный длине dl элемента проводника и совпадающий по направлению с током, – радиус-вектор, проведённый из элемента dl проводника в точку А поля, r — модуль радиуса-вектора . Направление dB перпендикулярно и , т.е. перпендикулярно плоскости, в которой они лежат, и совпадает с касательной к линии магнитной индукции. Это направление может быть найдено по правилу нахождения линий магнитной индукции (правилу правого винта): направление вращения головки винта даёт направление dB, если поступательное движение винта соответствует направлению тока в элементе.

Модуль вектора dB определяется выражением:

где а — угол между векторами и .

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Тангенс-гальванометр представляет собой вертикально расположенную катушку радиусом r с некоторым числом витков. В центре катушки в горизонтальной плоскости расположена магнитная стрелка, которая при отсутствии тока в катушке будет расположена по магнитному меридиану Земли. Поворотом катушки вместе с подставкой можно добиться совмещения плоскости катушки с плоскостью магнитного меридиана. Если после этого пропустить по катушке ток, то магнитная стрелка повернется на некоторый угол . Объясняется это тем, что на магнитную стрелку будет действовать два поля: магнитное поле Земли и магнитное поле, созданное током. Стрелка устанавливается по направлению результирующей В двух векторов: вектора В_Г – горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля Земли и вектора В_Т – индукции магнитного поля кругового тока. Вектор В_Г лежит в плоскости катушки, а вектор В_Т ей перпендикулярен (рис. 3).

Рис. 3

Из рис.3 видно, что следовательно

(1)

Индукция магнитного поля в центре катушки:

(2)

где I – сила тока в катушке, n – число витков в катушке, r – её радиус.

Подставив выражение (2) в формулу (1), получим:

(3)

или с учётом того, что для воздуха , ,

.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Собрать установку по схеме рис. 4 и установить плоскость катушки тангенс-гальванометра Р в плоскости магнитного меридиана.

2. Попросить преподавателя проверить схему.

3. Включить установку и с помощью реостата подобрать такую величину силы тока, чтобы стрелка отклонилась на угол 10-15⁰. Записать значения и I.

4. Не изменяя величины тока, изменить его направление с помощью переключателя S и измерить величину и I.

5. Повторить опыт 5–7 раз при различных значениях тока и данные занести в табл. 1

6. Оценить погрешность измерения. Основной вклад в погрешность отдельного измерения В_Г даёт погрешность в определении угла , поэтому

.

На схеме: А – миллиамперметр, Р – тангенс-гальванометр, 6 В – селеновый выпрямитель.

Таблица 1

№ опыта	1	2	3	4	5	…
I, A
ВГ, Тл

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Написать формулу закона Био-Савара-Лапласа.

1. Выведите формулу для напряжённости магнитного поля в центре кругового тока.

2. Как определить направление напряжённости магнитного поля, созданного током.

2. Нарисуйте схему данной установки.

ЛИТЕРАТУРА

1. И.В. Савельев. Курс общей физики. М., 1982, т.2, §42.

1. P.И. Грабовский. Курс общей физики. М., 1980, гл.111, §26, §28.

а

а

б

в

г

б

в

г

Рис. 5

Обозначение переключателя согласно ГОСТу

Рис. 6

Устройство переключателя

4