Кафедра общей и технической физики

Кафедра общей и технической физики

ФИЗИКА

Измерение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли

Лабораторная работа № 17

Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу физики для студентов технических специальностей

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Измерение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ ИССЛЕДУЕМОГО ЯВЛЕНИЯ

Магнитное поле Земли возникает в результате процессов, происходящих в ее ядре. Северный магнитный полюс находится в Антарктиде в нескольких километрах от южного географического полюса, южный – вблизи северного географического полюса.

Так как магнитные и географические полюса Земли не совпадают, то магнитная стрелка указывает направление север-юг только приблизительно.

Вектор напряженности магнитного поля Земли лежит в плоскости Р магнитного меридиана данного места, которая перпендикулярна земной поверхности. Угол , на который вектор отклонен от горизонтального направления, называется углом магнитного наклонения (рис. 1). Проекции вектора на горизонтальное и вертикальное направление будут соответственно Н _Г и Н _В(горизонтальная и вертикальная составляющие поля). Из рис.1 можно записать следующие соотношения между элементами земного магнетизма

;

;

;

.

Рис. 1. Составляющие магнитного поля Земли

ПРИНЦИП МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ И РАБОЧАЯ ФОРМУЛА

Для измерения горизонтальной составляющей земного магнетизма Н _Г применяется тангенс-гальванометр. Этот прибор в простейшем виде представляет собой кольцевую обмотку, в центре которой помещена магнитная стрелка, способная вращаться в горизонтальной плоскости (компас). Перед началом измерений плоскость витков тангенс-гальванометра устанавливают в плоскости магнитного меридиана. В этом случае направление магнитной стрелки и её ось совпадают с плоскостью витков тангенс-гальванометра. При включении тока в цепи обмотки тангенс-гальванометра возникает новое магнитное поле, напряженность которого равна

,

где _Г – горизонтальная составляющая магнитного поля Земли, а _I – магнитное поле тока, текущего по рамке тангенс-гальванометра.

В результате магнитная стрелка установится по направлению (рис. 2а).

Как видно из рис. 2а, . Напряженность Н_I в центре кругового тока может быть подсчитана по теоретической формуле . Следовательно,

(2)

есть расчетная формула для горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли.

Рис. 2. Устройство тангенс-гальванометра и индуктора

ИЗМЕРЯЕМЫЙ ОБЪЕКТ

Измеряемым объектом является горизонтальная составляющая напряженности магнитного поля Земли.

ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА

Для измерения горизонтальной составляющей магнитного поля Н _Г используется схема, показанная на рис. 2б. Сила тока в обмотке тангенс-гальванометра Т задается при помощи регулятора блока питания и измеряется амперметром. Переключатель П позволяет изменять направление тока в обмотке Т.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Поворотом подставки тангенс-гальванометра придать такое положение, чтобы плоскость обмотки совпадала с направлением магнитной стрелки.

2. При помощи регулятора блока питания выставить силу тока так, чтобы магнитная стрелка отклонилась на угол (рис. 2а), равный соответственно 20^o, 30^o, 40^o 50^o, 60^o и 70^o. Изменив направление тока и регулируя силу тока, добиться отклонения стрелки на эти же углы в другую сторону.

Данные записать в таблицу 1.

Таблица 1

	20o	30o	40o
вправо	влево	вправо	влево	вправо	влево
I (А)
I ср
(А/м)

Продолжение табл. 1

	50o	60o	70o
вправо	влево	вправо	влево	вправо	влево
I (А)
Iср
(А/м)