Порядок выполнения работы

1. Подготовить прибор к измерениям. На лицевой панели микровеберметра нажать кнопку «Сеть». Нажатием соответствующей кнопки установить предел измерения «I mWb». Кнопка «Калибровка» должна быть отжата. Нажать и отпустить кнопку «Пуск». На индикаторном табло при этом должны высветиться нули и знак плюс или минус.

2. Подготовить для записи измерений следующую таблицу:

z, м

I1, мА

I2, мА

Ф1, мВб

Ф2, мВб

Ф3, мВб

, мВб

,А/м

, А/м

Ф1, мВб

Ф2, мВб

Ф3, мВб

, мВб

, А/м

, А/м

0

0,02

…

0,24

3. Произвести измерения.

4. Обработать результаты измерений. Вычислить среднее значение магнитного потока в данной точке оси

и рассчитать среднюю напряженность магнитного поля в данной точке оси

.

Пользуясь данными таблицы, построить графики зависимости для двух значений токов (I₁ и I₂).

Вычислить погрешность магнитного потока, измеренного в данной точке оси,

.

Абсолютную погрешность напряженности магнитного поля определить методом максимальной ошибки:

.

5. Окончательный результат представить в виде .

6. Сравнить экспериментальный результат с напряженностью поля в тех же точках на оси катушки, рассчитанной по формуле (2), где R – радиус катушки L₁, R = 0,08 м; N – число витков катушки L₁, N = 800.

7. По полученным данным Н_теор построить график Н_теор = f(z).

Содержание отчета

1. Формулировка цели работы.

2. Описание метода измерения, экспериментальные данные, расчетные формулы.

3. Пример расчета Н_теор и оценка погрешности полученных результатов.

4. Графики зависимостей и для токов I₁ и I₂.

Контрольные вопросы

1. Как определяется величина и направление вектора магнитной индукции и напряженности поля короткой катушки в произвольной точке пространства?

2. Как расчитать магнитные поля токов, пользуясь законом Био-Савара – Лапласа?

3. Как измеряется напряженность магнитного поля в данной работе?

4. От чего зависит ток, возникающий в датчике измерительной катушки L₂?

Работа 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕННОСТИ

МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРИ ПОМОЩИ

ЗЕМНОГО ИНДУКТОРА

Цель работы – измерить горизонтальную и вертикальную составляющие вектора напряженности магнитного поля Земли и сопоставить полученные результаты со справочными данными о величине напряженности магнитного поля Земли на широте Санкт-Петербурга.

Общие сведения

Известно, что магнитные полюса Земли не совпадают с ее географическими полюсами. В первом приближении магнитное поле Земли (геомагнитное поле) можно рассматривать как поле шара, ось намагниченности которого отклонена от оси вращения Земли приблизительно на 11,5. Напряженность геомагнитного поля убывает от магнитных полюсов к магнитному экватору со «скоростью» 3455 А/м. Существование геомагнитного поля объясняется наличием электрических токов в ядре Земли.

Магнитная стрелка, способная свободно вращаться вокруг вертикальной и горизонтальной осей, установится по направлению вектора напряженности магнитного поля Земли, т.е. по касательной к силовой линии магнитного поля. В любой точке М земной поверхности задан вектор напряженности магнитного поля Земли. Вертикальная плоскость, проведенная через этот вектор, называется плоскостью магнитного меридиана в данной точке земной поверхности (рис.1): через точку М земной поверхности проходит магнитный меридиан KL, плоскость магнитного меридиана Р и горизонтальная плоскость N. Вектор напряженности магнитного поля в точке М можно разложить на горизонтальную ( ) и вертикальную ( ) составляющие в плоскости магнитного меридиана P.

Измерения и удобно проводить с помощью земного индуктора (рис.2), представляющего собой плоскую катушку, на которую в несколько слоев намотана проволока, концы которой присоединены к зажимам баллистического гальванометра G. Индуктор закреплен в кардановом подвесе, позволяющем вращать его вокруг вертикальной и горизонтальной осей.

Поток магнитной индукции, пронизывающий плоскость одного витка, в общем случае

,

где H – напряженность магнитного поля Земли; S – площадь катушки;  – магнитная проницаемость среды,  = 1; ₀ – магнитная постоянная;  – угол между нормалью к контуру и вектором

При повороте индуктора поток магнитной индукции будет меняться и в обмотке индуктора по закону Фарадея возникнет ЭДС индукции , где  – потокосцепление катушки индуктора.

Согласно закону Ома, индукционный ток

.

Баллистический гальванометр устроен так, что его баллистический отброс d (максимальное отклонение светового «зайчика») пропорционален заряду q, т.е. q = сd, где с – постоянная баллистического гальванометра по заряду.

Электрический заряд q, прошедший по цепи катушки, а следовательно, и через баллистический гальванометр,

.

Таким образом, можно записать

, (1)

где c₀  cR – постоянная гальванометра по магнитному потоку, определяемая экспериментально.

При повороте катушки вокруг вертикальной оси на 90 ее потокосцепление меняется от до . Следовательно, изменение магнитного потока, сцепленного с катушкой, при повороте ее на 90

. (2)

Приравняв выражения (1) и (2), получим

и . (3)

Аналогично определяется вертикальная составляющая магнитного поля Земли H_в при вращении индуктора вокруг горизонтальной оси.