Описание установки и метода измерений





Рис. 5. Принципиальная схема рабочей установки: ВСА – источник постоянного тока (выпрямитель);

R – реостат; П – переключатель; Т – тангенс-гальванометр; mA – миллиамперметр

Основу установки составляет тангенс-гальванометр, представляющий собой плоскую вертикальную катушку, в центре которой помещена магнитная стрелка, способная вращаться вокруг вертикальной оси (рис. 7).

Магнитное поле Земли практически совпадает с полем гипотетического стержнеобразного магнита, помещенного в центре земного шара и наклонённого к оси вращения примерно на 12° (рис. 6).

В первом приближении силовые линии магнитного поля земного шара имеют вид, показанный на рис. 6, при этом у северного географического полюса находится южный магнитный полюс и наоборот. Геомагнитные полюса отстоят от географических на расстояние около 1200 км, причём с течением времени их положение несколько изменяется.

Рис. 6. Силовые линии магнитного поля Земли; γ магнитное наклонение

Природа земного магнетизма ещё до конца не выявлена, но установлено, что магнетизм Земли связан с процессами, проходящими в недрах самой планеты, например, с электрическими токами, циркулирующими внутри Земли.

Магнитное поле Земли защищает живую природу планеты от бомбардировки космическими частицами, образуя из них радиационные пояса. С магнетизмом Земли связаны также полярные сияния и др. явления, происходящие в околоземном пространстве.

Основными характеристиками магнитного поля Земли являются вектор магнитной индукции , который можно разложить на горизонтальную ( )и вертикальную ( )составляющие (рис. 6), а также магнитное склонение и магнитное наклонение.

Магнитным наклонением называется угол между вектором индукции магнитного поля Земли и горизонтальной плоскостью (рис. 6). На экваторе магнитное наклонение равно 0°, а на полюсах ±90°. Магнитное склонение это угол между географическим и магнитным меридианами в данной области земного шара.

Определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли с помощью тангенс-гальванометра основано на следующих соображениях.

Если плоскость катушки совпадает с плоскостью магнитного меридиана, то при отсутствии тока в катушке магнитная стрелка располагается в направлении магнитного меридиана и угол α равен 0°(рис. 7).

Рис. 7. Схема тангенс-гальванометра: SN - направление магнитного меридиана Земли; вектор горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли; I – ток в катушке тангенс-гальванометра; вектор индукции магнитного поля катушки с током; вектор индукции результирующего магнитного поля.

Из схемы, показанной на рис. 7, следует, что

,

откуда

  . (11)

По формуле (8) индукция магнитного поля катушки радиусом R, с N витками и током I

  . (12)

Подставив формулу (12) в отношение (11), получим

  . (13)

Измерив угол α и силу тока I и зная радиус катушки R и число витков в ней N, можно по формуле (13) определить горизонтальную составляющую индукции магнитного поля Земли, которая для данной географической широты будет величиной постоянной.

Уравнение (13) можно представить в таком виде:

  . (14)

Величина

  . (15)

называется постоянной тангенс-гальванометра. С учётом этой замены соотношение (14) принимает вид

  . (16)

Таким образом, величина тока изменяется пропорционально тангенсу угла отклонения магнитной стрелки, поэтому рассматриваемый прибор и называется тангенс-гальванометром. Знание постоянной прибора C позволяет использовать тангенс-гальванометр в качестве амперметра.

Программа работы

  1. Измерить углы отклонения магнитной стрелки при различных значениях силы тока в катушке.
  2. Рассчитать горизонтальную составляющую индукции магнитного поля Земли.
  3. Определить постоянную тангенс-гальванометра.

Порядок работы

  1. Подключить тангенс-гальванометр к соответствующим клеммам установки, предварительно установив ручку переключателя в вертикальное положение (цепь разомкнута) и выведя движок реостата в крайнее левое положение.
  2. Установить плоскость катушки в плоскости магнитного меридиана, поворачивая тангенс-гальванометр до тех пор, пока конец магнитной стрелки не установится 0°.
  3. Замкнуть цепь переключателем П.
  4. Установить, перемещая движок реостата, ток в катушке 20 мА.
  5. Определить по круговой шкале тангенс-гальванометра угол α 1, соответствующий равновесному положению магнитной стрелки.
  6. Изменить переключателем П направление тока в катушке.
  7. Определить угол отклонения магнитной стрелки α2, соответствующий другому направлению тока в катушке.
  8. Рассчитать средний угол отклонения магнитной стрелки .
  9. Вычислить по формуле (13) значение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли .
  10. Определить по формуле (15) постоянную тангенс-гальванометра.
  11. Рассчитать абсолютную и относительную погрешности измерений и записать окончательный результат.
  12. Повторить действия, описанные в п.п. 4-11, при других значения силы тока в катушке.
  13. Сравнить полученные результаты и сделать выводы.

 


 

 

Кузнецов Владимир Николаевич

 

 

Методические указания к лабораторной работе №27

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ

ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ»

 

Подписано в печать 03.03.2008. Формат 60x84/16

Печать оперативная. Усл.п.л. 0,75. Уч.-изд. л. 1.

Тираж 100 экз.

 

 

Тольяттинский государственный университет

Тольятти, Белорусская, 14


 

 





©2015-2018 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных

Обратная связь

ТОП 5 активных страниц!