ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.6

«Определение горизонтальной и вертикальной

составляющей напряженности магнитного поля Земли»

Цель работы: определить экспериментально горизонтальную составляющую земного магнитного поля на данной широте с помощью тангенс-буссоли и горизонтальную и вертикальную составляющую магнитного поля с помощью индуктора.

Теоретическая часть.

Магнитное поле – силовое поле, действующее на движущиеся заряды и на тела, обладающие магнитным моментом (магнитная стрелка, виток с током, диполь).

Источником магнитного поля являются намагниченные тела, проводники с током, движущиеся электрически заряженные тела.

Природа таких источников едина: магнитное поле возникает в результате движения микрочастиц (электронов, протонов, ионов и др.), а также благодаря наличию собственных магнитных моментов у микрочастиц.

Магнитное поле характеризуется вектором магнитной индукции . Значение вектора магнитной индукции определяет силу, действующую на движущийся заряд или тело, имеющее магнитный момент.

Вектор магнитной индукции характеризует результирующее магнитное поле, создаваемое всеми микро- и макротоками.

Микротоки – токи, обусловленные движением электронов в атомах и молекулах. Эти микроскопические токи и создают свое магнитное поле и могут поворачиваться в магнитных полях макротоков.

Магнитное поле, созданное макротоками, описывается вектором напряженности . В случае однородной среды вектор магнитной индукции связан с вектором напряженности соотношением

где Гн/м - магнитная постоянная; - магнитная проницаемость среды, показывающая, во сколько раз магнитное поле макротоков усиливается за счет поля микротоков среды.

Закон Био-Савара-Лапласа

Этот закон позволяет рассчитать (определить) магнитное поле в произвольной точке, положение которой задается радиус-вектором , проведенным от элемента тока dlк точке, в которой вычисляется магнитное поле.

Тогда магнитная индукция поля, создаваемого произвольным элементом тока, определяется формулой

Модуль вектора магнитной индукции определяется выражением:

Вектор индукции магнитного поля перпендикулярен плоскости в которой лежали вектора и , а его направление определяется по правилу правого винта (рис. 1).

Рис. 1

Рассмотрим магнитное поле в центре кругового проводника с током.

Все элементы кругового проводника с током создают в центре магнитное поле одинакового направления – вдоль нормали от витка (рис. 2).

Рис. 2

Направление, и определяется правилом буравчика: за направление, и принимается направление поступательного движения буравчика, ручка которого вращается в направлении тока, текущего в контуре.

Поэтому сложение векторов (рис. 2)можно заменить сложением их модулей. Так как все элементы перпендикулярны радиусу и расстояние всех элементов проводника до центра кругового тока одинаково и равно R, то, используя закон Био-Савара-Лапласа, запишем

.

Так как sinα=1(dlr), то

Учитывая, что H=B/μμ₀, имеем:

Явление и закон электромагнитной индукции

Явление заключается в возникновении индукционного тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока. А наличие тока говорит о наличии электродвижущей силы , которая перемещает электрические заряды. Ее называют электродвижущей силой индукции E_i. Величина E_i определяется скоростью изменения магнитного потока Ф через замкнутый контур.

Магнитный поток Ф = BS

[Ф]=Вебер

S – площадь контура

α - угол между магнитной индукцией и нормалью к поверхности

Закон электромагнитной индукции

или

Индукционный ток в замкнутом контуре

гдеR – сопротивления контура.

Направление индукционного тока определяется правилом Ленца: индукционный ток всегда имеет такое направление, чтобы создаваемое им магнитное поле, препятствовало изменению внешнего магнитного поля, создавшего этот индукционный ток.

B_i – магнитная индукция создаваемая индукционным током, возникшим в результате изменения внешнего магнитного поля B.

Когданаправлено навстречу возрастающему внешнему полю , результирующее магнитное поле возрастает слабее.

Когда совпадает с внешним уменьшающимся полем , результирующее магнитное поле уменьшается слабее.

В возрастаетВ уменьшается

Ji

Вi

Ji

В_i

Элементы земного магнетизма.

Земля в целом представляют собой шаровой магнит, полюса которого лежат вблизи географических полюсов: вблизи северного географического полюса расположен южный магнитный S (~11,5º к оси вращения Земли), а вблизи южного географического-северный магнитный полюс N. Магнитные полюса дрейфуют, предположительно южный магнитный полюс на северо-запад.

Угол между географическим и магнитным меридианом называется магнитным склонением β (рис. 1).

Рис. 3.

Вектор полной напряженности (магнитной индукции B=μ₀H) направлен по касательной к силовым линиям магнитного поля Земли. Магнитная стрелка, подвешенная на нити, устанавливается в направление вектора полной напряженности магнитного поля Земли, который можно разложить на две составляющие: горизонтальную H_г и вертикальную H_в(рис. 4).

в

α

N

S

Рис. 4.

Соотношение между горизонтальной и вертикальной составляющей зависит от географического положения. Чем ближе к северу, тем стрелка устанавливается круче вниз. Поэтому для характеристики магнитного поля Земли вводится угол α – угол наклонения.

Магнитная стрелка, которая может вращаться лишь около вертикальной оси, будет отклоняться только под действием вектораН_г, устанавливаясь в плоскости магнитного меридиана. Это свойство магнитной стрелки используется в компасах.

Итак, для характеристики магнитного поля Земли используются:

1. Магнитное склонение β

2. Угол наклонения α

3. Горизонтальная составляющая магнитного поля Земли H_г:

Н_г=Нcosα или B_г=Bcosα