Контрольные вопросы

1. Что называют удельным зарядом какой-либо частицы?

2. В чем состоит методика определения удельного заряда электрона,

применяемая в данной лабораторной работе?

3. Как влияет осевое магнитное поле на траекторию движения

электрона в межэлектродном пространстве цилиндрических электродов?

4. Как определяются направление и величина силы Лоренца?

5. От каких параметров соленоида зависит индукция магнитного

поля внутри него?

6. Электрон при вылете из катода имеет не только радиальную, но и

тангенциальную (вдоль образующей катода) составляющую скорости.

Отражается ли это на величине анодного тока, на траектории движения

электрона при наличии магнитного поля?



поля E(r) в пространстве между цилиндрическими катодом и анодом

вакуумного диода. Обосновать приближения, упрощающие данную задачу.

8. В чем заключаются наиболее важные причины систематической

погрешности определения e/m методом магнетрона?

33

7. Вывести соотношение (6.3) и найти зависимость напряженности

Лабораторная работа № 2.7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ

ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

С ПОМОЩЬЮ ТАНГЕНС-БУССОЛИ

Цель работы: изучение основных положений теории геомагнетизма,

экспериментальное определение горизонтальной составляющей индукции

магнитного поля Земли.

Теоретические сведения

Точными магнитными измерениями установлено, что магнитное

поле Земли подобно магнитному полю сферического магнита. Ось

симметрии магнитного поля Земли в настоящее время составляет с осью

вращения Земли угол в 11,5 и пересекает ее поверхность в двух точках –

магнитных полюсах. Это приводит к несовпадению географических и

магнитных полюсов. В каждой точке поверхности Земли вектор индукции



горизонталью. Поэтому принято представлять B как сумму двух



составляющих – горизонтальной Bг и вертикальной Bв . Магнитная





Горизонтальная составляющая Bг зависит от широты местности. Она

максимальна на экваторе и равна нулю в точках магнитных полюсов.

Именно поэтому на магнитных полюсах Земли компасом невозможно

воспользоваться для целей географической ориентации. На каждой широте

магнитное

поле

Земли

подвержено

аномалиям.

Пространственные

аномалии принято подразделять на мировые и локальные. Мировые

аномалии обусловлены глубинными слоями Земли, локальные аномалии

обусловлены

неравномерным

залеганием

в

верхних

слоях

Земли

магнитных материалов, прежде всего железных руд (например, Курская

магнитная аномалия).

Магнитное поле Земли подвержено и временным изменениям.

Длиннопериодические (вековые) вариации обусловлены процессами в ядре

34



B магнитного поля составляет определенные углы с вертикалью и

стрелка компаса, располагаемая на вертикальной оси, в горизонтальной

плоскости ориентируется вдоль Bг (в плоскости земного меридиана).

Земли.

Короткопериодические

вариации,

называемые

магнитными

возмущениями, или бурями, в основном имеют внеземное происхождение.

Они связаны с наложением на собственное магнитное поле Земли

меняющегося в пространстве и времени поля Солнца, а также поля

потоков заряженных частиц (солнечного ветра), выбрасываемых Солнцем.

Основным источником собственного магнитного поля Земли являются

токи в жидком ядре Земли.

Изменения магнитного поля Земли во времени, особенно очень

быстрые из них, приводят к возникновению индукционных токов в каждой

клетке живых организмов, к изменению биопотенциалов. Это в свою

очередь ведет к изменениям в функционировании клетки и организма в

целом. Именно этим обусловлена реакция некоторых животных и людей

на возмущения магнитного поля Земли. Магнитные бури оказывают

существенное влияние на устойчивость любой беспроводной связи на

электромагнитных волнах.

В основу метода измерения горизонтальной составляющей индукции

магнитного поля Земли, используемого в данной лабораторной работе,

положены принцип суперпозиции полей и ориентирующее действие

магнитного поля на магнитную стрелку (постоянный магнит). Стрелка

компаса в отсутствии других источников магнитного поля устанавливается

вдоль горизонтальной составляющей магнитного поля Земли. При

создании в пространстве магнитного поля другим источником произойдет

сложение полей, и стрелка компаса установится вдоль вектора индукции

суммарного поля, повернувшись на некоторый угол

от своего

первоначального направления.

Эта идея положена в основу принципа действия тангенс-буссоли и

отражена на рис. 7.1. Тангенс-буссоль состоит из многовитковой плоской

круговой катушки. Катушка устанавливается вертикально и может

поворачиваться вокруг вертикальной оси, проходящей через центр







перпендикулярно ее плоскости. Величина вектора B1 определяются из

закона Био-Савара-Лапласа:

35

катушки, в котором располагается компас. Катушка служит источником

дополнительного магнитного поля с индукцией B1 при протекании по ней

электрического тока. В центре катушки вектор B1 будет направлен

B10

NI

2r

,

(7.1)

где 1 – магнитная проницаемость среды – воздуха;0 = 410-7 Гн/м –

магнитная постоянная; N – число витков катушки; I – сила тока, текущего

по катушке; r – радиус катушки.

R

I



B г





B0



B1

I

Рис. 7.1. Переориентация магнитной стрелки в пространстве

Обесточенную катушку вначале устанавливают в плоскости земного



возникает магнитное поле с индукцией B1 , перпендикулярной Bг . В этом

случае параллелограмм (рис. 7.1) примет форму прямоугольника, из

которого следует равенство:

. (7.2)

Bг



Измерив угол поворота стрелки компаса и определив B1 из (7.1), можно

найти горизонтальную составляющую индукции магнитного поля Земли:

Bг

0 NI

2r tg

.

(7.3)

36

B1

tg

меридиана (вдоль стрелки компаса). При включении тока через катушку