Порядок виконання роботи

1. У коло термопари ввімкнути прилад (рис. 3.4.3), що вимірює термострум (гальванометр 2).

2. Визначити температуру холодного спаю Т_о, яка дорівнює температурі навколишнього повітря.

3. Увімкнути нагрівник. Записати у табл. 3.4.1 декілька показань гальванометра n та термометра Т, який вимірює температуру гарячого спаю.

4. Вимкнути нагрівник. У процесі охолодження записати температури гарячого спаю Т, які відповідають тим самим показникам гальванометра n.

5. Використовуючи характеристики гальванометра (C_Г – ціна поділки шкали та R_Г – внутрішній опір), розрахувати термо-ЕРС у вольтах:

.

6. Обчислити середні значення температури, які відповідають раніше розрахованим значенням термо-ЕРС.

7. Дані вимірювань та розрахунків записати до табл. 3.4.1.

8. Побудувати графічну залежність , деТ= Т_сер - Т_о – різниця середньої температури гарячого Т та холодного спаїв термопари Т_о.

9. Визначити за допомогою графіка питому термо-ЕРС ().

Таблиця 3.4.1

Показники гальванометра, поділки n	Термо-ЕРС , В	Температура гарячого спаю термопари, оС				Різниця температур
		під час нагрівання	під час охолодження	середнє значення Тсер

Контрольні запитання

1. Які термоелектричні явища вам відомі?

2. Поясніть фізичну суть явища Зеєбека та Пельтьє.

3. Що таке рівень Фермі? Як виникає контактна різниця потенціалів?

4. Дайте визначення термоелектрорушійної сили.

5. Який фізичний зміст питомої термо-ЕРС α?

6. Що таке термопара? Що означає «проградуювати термопару»?

7. Застосування термопари та її переваги над іншими приладами для вимірювання температури.

Лабораторна робота № 3.5. Визначення горизонтальної складової індукції та напруженості магнітного поля землі

Мета роботи: визначити горизонтальну складову індукції та напруженості магнітного поля Землі за допомогою тангенс-гальванометра.

Вказівки до виконання роботи

Для виконання роботи потрібно засвоїти такий теоретичний матеріал: магнітне поле; індукція магнітного поля; закон Ампера; закон Біо – Савара – Лапласа; принцип суперпозиції магнітних полів; магнітне поле колового провідника зі струмом; напруженість магнітного поля.

Література: [1, т.2 §§ 8.1, 8.2, 8.4; 2, §§ 109–112; 3, §§ 9.2–9.5; 4, т.2 §§ 40, 42, 44, 47, 51; 7, §§ 3.3.1-3.3.3].

Магнітне поле– це складова загального електромагнітного поля, яка утворюється рухомими зарядами (струмами) або змінним електричним полем і діє тільки на рухомі заряди (струми).

Основною характеристикою магнітного поля є вектор магнітної індукції .Магнітна індукція– це векторна величина, модуль якої дорівнює обертальному моменту, що діє на рамку із струмом 1А площею 1 м². Напрямом вектора індукції вважають напрям від півдня “S” до півночі “N” магнітної стрілки, яка займає положення рівноваги в магнітному полі.

Магнітне поле можна зобразити графічно за допомогою ліній магнітної індукції (на рис. 3.5.1 це – тонкі лінії). Лініями магнітної індукції (магнітними силовими лініями)називають криві, дотичні до яких в кожній точці збігаються з напрямком вектора.

Крім магнітної індукції , вводиться ще одна характеристика – напруженість. Напруженість магнітного поля не залежить від магнітних властивостей середовища і характеризує магнітне поле, що його створює струм. У випадку однорідного та ізотропного середовища

,

де – відносна магнітна проникність середовища;= 4π∙10^-7 Гн/м – магнітна стала.

Застосовування компаса, магнітна стрілка якого завжди встановлюється в кожному місці Землі певним чином, свідчить про те, що Земля є магнітом і що у навколоземному просторі є магнітне поле. Північний магнітний полюс – умовна точка на земній поверхні, в якій магнітне поле Землі спрямоване строго донизу (під кутом 90° до поверхні). Слід зазначити, що з фізичного погляду цей полюс є «південним» , оскільки притягує північний полюс стрілки компаса(рис. 3.5.1).

Магнітні полюси Землі не збігаються з її географічними полюсами (рис. 3.5.1). Магнітні полюси повільно дрейфують.. Наприклад, у 1600 році магнітний полюс північної півкулі знаходився на відстані близько 1300 км від географічного полюса, а тепер ця відстань становить майже 2100 км.

Унаслідок розходження магнітних та географічних полюсів між площиною магнітного меридіана (у цій площині встановлюється стрілка компаса) і площиною географічного меридіана для кожного місця Землі завжди є певний кут, який називається кутом схилення. Стрілка компаса встановлюється не горизонтально до поверхні Землі, а під деяким кутом, який називається кутом нахилу. Це означає, що лінії магнітного поля не паралельні поверхні Землі, а дещо нахилені. Кут нахилу є неоднаковим для різних точок Землі. Силові лінії магнітного поля Землі на екваторі напрямлені горизонтально до її поверхні, біля магнітних полюсів – вертикально, а в усіх інших місцях – під деяким кутом.

Магнітне поле у кожній точці Землі характеризується горизонтальною складовою напруженості магнітного поля (проекцією напруженості магнітного поля на горизонтальну площину), кутами схилення і нахилення.

Для визначення горизонтальної складової магнітної індукції В_Гмагнітного поля Землі у цій лабораторній роботі користуються тангенс-гальванометром, схему якого показано на рис. 3.5.2.

Тангенс-гальванометр складається з колової рамки, на яку намотано Nвитків провідника. Магнітна стрілка, насаджена на вертикальну вісь, може вільно обертатись тільки у горизонтальній площині, тому за її допомогою можна визначити тільки горизонтальну складову магнітного поля Землі.

Під час проходження струму по коловому провіднику магнітна стрілка буде перебувати під дією двох магнітних полів – горизонтальної складової магнітної індукції поля Землі та магнітного поля струму. Стрілка встановлюється (згідно з принципом суперпозиції магнітних полів) у напрямкурівнодійноїіндукціїцих магнітних полів (рис. 3.5.3):

.

Якщо вісь магнітної стрілки за відсутності струму у рамці збігається з площиною рамки, то кут між B_ГіB_Cє прямим, а величиниB_ГіB_Cпозв’язані між собою співвідношенням (рис. 3.5.3):

, (3.5.1)

де  – кут відхилення магнітної стрілки (кут між векторами горизонтальної складової магнітної індукції поля Землі B_Г та рівнодійної індукції B (рис. 3.5.3).

За законом Біо – Савара – Лапласаіндукція магнітного поля в центрі контуру у вигляді кола зі струмомІ:

, (3.5.2)

а робоча формула для підрахунку горизонтальної складової індукції магнітного поля Землі записується так:

, (3.5.3)

де R – радіус рамки; І – сила струму; N – кількість витків рамки; ₀ – магнітна стала;  – відносна магнітна проникність середовища (у даному випадку  = 1). У випадку, коли , індукція магнітного поля струму дорівнює горизонтальній складовій індукції магнітного поля Землі.

Застосувавши зв’язок між вектором магнітної індукції та напруженістю магнітного поля можна записати для горизонтальної складової напруженості магнітного поля Землі:

. (3.5.4)

Тангенс-гальванометр може бути використаний як гальванометр для вимірювання невеликого струму I, якщо величиниB_Г,NтаRвідомі. Тангенс кута відхилення магнітної стрілки пропорційний силі колового струму, тому прилад, який застосовується в цій роботі для визначення горизонтальної складової індукції та напруженості магнітного поля Землі, називається тангенс-гальванометром. Значення кількості витків рамки Nта радіуса рамкиRвказано на установці.