Лабораторная работа № 28 Определение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли

Цель работы: определить горизонтальную составляющую напряженности магнитного поля Земли для данной местности.

Приборы: тангенс - гальванометр, амперметр, реостат, источник постоянного тока, переключатель, 5 проводов, ключ.

Т е о р и я м е т о д а

Земля обладает магнитным полем, полюса которого лежат вблизи географических полюсов: вблизи северного географического полюса расположен южный магнитный (S), а вблизи южного географического -северный магнитный (N) полюс.

По последним гипотезам поле Земли связано с токами, циркулирующими по поверхности ядра Земли, а отчасти с на­магниченностью горных пород и токами в радиационных поясах. Магнитное поле Земли на экваторе направлено горизонтально, a у магнитных полюсов вертикально (точка А). В остальных точках земной поверхности магнитное поле Земли направлено под некоторым углом (точка К).

Величина проекции напряженности земного магнитного поля Н на горизонтальную плоскость называют горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.

Рис. 1

Направление этой составляющей принимается за направление магнитного меридиана, а вертикальная плоскость, проходящая через него, называется плоскостью магнитного меридиана. Угол α между направлением магнитного поля Земли и горизонтальной плоскостью называют углом наклонения, а угол b между географическим и магнитным меридианом - углом склонения. Магнитная стрелка, которая может вращаться лишь около вертикальной оси, будет отклоняться в горизонтальной пло­скости только под действием горизонтальной составляющей магни­тного поля Земли H_З.

Это свойство магнитной стрелки используется в тангенс-галь­ванометре для определения H_З. Тангенс-гальванометр представля­ет собой плоскую вертикальную катушку радиуса r с некоторым числом витков n. Величина радиуса катушки и число вит­ков указаны на тангенс-гальванометре. В центре катушки в го­ризонтальной плоскости расположен компас. Магнитная стрелка компаса при отсутствии тока в катушке будет расположена по магнитному меридиану Земли NS. Поворотом катушки около вертикальной оси можно добиться совмещения плоскости катушки с плоскостью магнитного меридиана. Если после такой установки катушки по ней пропустить ток, то магнитная стрелка повернется на некоторый угол a. Объясняется, это тем, что на магнитную стрелку будут действовать два поля: горизонтальная составляющая напряженности поля Земли Н_З и созданное током Н₁ (рис. 2).

Под действием этих полей магнитная стрелка займет такое положение равновесия, при котором равнодействую­щая двух полей будет сов­падать с линией соединения полюса стрелки. На рис.2NS- направление магнитного меридиана Земли,N₁S₁- ма­гнитная стрелка компаса, по­мещенная в центре катушки,Нз- вектор горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли,Н₁- вектор напряженности магнитного поля, созданного током в катушке (определяется по правилу буравчика).

Из рис. 2 видно, что tq a = следовательно Hз = (1)

Величина напряженности поля Н₁,

рис. 2

созданного током в центре витка, для системы СИ выражается по закону

Био-Саавара Лапласа, для случая кругового тока: H₁ = (2)

где I - ток, текущий в витке в амперах, r - радиус витка катушки в метрах.

Напряженность магнитного поля в катушке с числом витков n вычисляется по выражению (2) с учетом числа витков. Подставляя значение Н₁ в формулу (1), получим: Нз =

Этой формулой и пользуются для опытного определения Нз. В системе СИ напряженность магнитного поле измеряется в [А/м].

П о р я д о к р а б о т ы

1. Собрать схему I.

2. Поворачивая тангенс-гальванометр и компас, устанавливают плоскость катушки тангенс-гальванометра в плоскости магнитного меридиана так, чтобы один конец стрелки совпадал с 0^о.

   

3. Замыкают переключатель П и устанавливают определенный ток с помощью реостата R . Записывают угол поворота маг­нитной стрелки a₁.

4. Переключателем П изменяют направление тока и записывают новое отклонение стрелки a₂.

5. Такие же измерения повторяют для других значений тока. Все данные занести в таблицу:

№

2r

n

I

a1

a2

<a>

tq<a>

H3

<H3>

DH3

<DH3>

dH3

6. Рассчитывают для каждого тока Н₃ и затем определяют среднее значение.