Контрольные вопросы

1. Нарисуйте схему последовательного соединения проводников. Выве­дите формулу общего сопротивления цепи последовательного соединенных сопротивлений.

2. Нарисуйте схему параллельного соединения проводников. Выведите формулу общего сопротивления цепи параллельного соединения проводников.

3. Выведите обобщенный закон Ома для неоднородного участка цепи.

4. Чему равно общее сопротивление 4-х проводников по 20 Ом каждый, включенный по схеме:

R R

R R

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Изучение принципа суперпозиции магнитных полей. Определение горизонталъной составляющей индукции магнитного поля земли

Цель работы: Изучить принцип суперпозиции магнитных полей на примере определения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.

Приборы и принадлежности: Источник постоянного тока (G4), тангенс-гальванометр {тг), амперметр(А), переключатель (S2), реостат (R 14).

Теоретическое введение

Земля представляет собой огромный магнит, который в окружающем Землю пространстве создаст магнитное поле. Магнитные полюсы Земли не совпадают с географическими полюсами и со временем изменяют свое положение. Вектор индукции магнитного поля в Земли на экваторе направлен горизонтально, у магнитных полюсов Земли - вертикально и всюду в других местах- под некоторым углом к горизонтальной плоскости. Направление вектора магнитной индукции поля Земли можно определить с помощью магнит­ной стрелки NS, подвешенной на тонкой нити (рисунок 1). Магнитная стрелка устанавливается по направлению вектора . Вертикальная плоскость, в которой установится стрелка, называется плоскостью магнитного меридиана. Так как магнитные полюса не совпадают с географическими, то стрелка будет отклонена от географического меридиана на некоторый угол α, который называют магнитным склонение. На рисунке 1 угол магнитного склонения представлен как угол между плоскостями магнитногои географического меридианов. Угол, который образует магнитная стрелка с горизонтальной линией, лежащей в плоскости магнитного меридиана называют магнитным наклонением .

Рисунок 1 Рисунок 2

А- плоскость географического меридиана Для случая, когда плоскость,

В- плоскость магнитного меридиана. магнитного меридиана совпа-

дает с плоскостью ZOY.

Вектор индукции магнитного поля Земли можно разложить надве составляющие: горизонтальную и вертикальную(рисунок 2). Величины,, - называют элементами земного магнетизма.

Если магнитная стрелка может вращаться только вокруг вертикальной оси, то она будет устанавливаться лишь под действием . Это свойство используется для определения величины, с помощью специального прибора называемого тангенс-гальванометром.

Тангенс-гальванометр представляет собой плоский вертикальный виток радиуса R, в центре которого в горизонтальной плоскости расположена магнитная стрелка, способная вращаться только вокруг вертикальной оси (рисунок 3а). Выберем прямоугольную систему координат таким образом, чтобы плоскость витка совпадала с плоскостью ZOY, лежащей в плоскости магнитного меридиана, а магнитная стрелка NS вращалась вокруг вертикальной оси, помещенной в точке О, при этом плоскость вращения магнитной стрелки совпадает с плоскостью XYZ. При отсутствии тока в витке стрелка устанавливается в плоскости магнитного меридиана ZOY. При пропускании тока по витку в центре его возникает магнитное поле, вели­чину индукции которого можно определить, используя закон Био-Савара- Лапласа общем виде:

, (1)

где L - длина проводника произвольной формы, r - расстояние от точки пространства, где определяется поле dB до элемента проводника dL создающего это поле, I - ток проводника,  - угол между направлениями тока I и радиуса вектора r, μ - относительная магнитная проницаемость среды (для воздуха μ=1), μ - магнитная постоянная равная 4π10^-7 Г/м.

Рисунок 3а Рисунок 3б

Дня случая кругового тока  = 90^о, r = R (где R - радиус витка) имеют постоянные значения для всех участков dL (рисунок 3 б). Длина проводника в этом случае L = 2πR. Поэтому, в соответствии с формулой (1) индукция магнитного поля В в центре кругового тока равна:

. (2)

Под действием индукции магнитная стрелка повернется на некоторый угол φ, устанавливаясь в направлении равнодействующей индукции двух полейирисунок 4. Из рисунка4 видно, что

или ,

подставляя в это уравнение значение , из уравнения (2) получим:

. (3)

Зная величины тока I и угла φ можно определить значение . Если вместо одного витка с токомI взять короткую катушку, состоящую из n витков, то величина , будет в n раз больше

, (4)

Рисунок 4

где R=100 мм - радиус, n = 10 - число витков.