МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ
Выполнил студент гр. Б262542 Ф.И.О Амельчев А.В
Подпись преподавателя _________________ дата __________________
Цель работы: измерение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли методом тангенс-гальванометра.
Порядок выполнения работы
1. Не включая источник тока, установите тангенс-гальванометр в плоскости магнитного меридиана. При этом стрелка компаса должна быть направлена по диаметру тангенс-гальванометра. Обратите внимание на то, чтобы северный конец стрелки указывал на нулевое значение компаса.
2. Установите движок потенциометра (или резистора) на минимальный ток через тангенс-гальванометр и затем включите источник тока.
3. Изменяя ток, добейтесь отклонения северного полюса стрелки компаса на угол a1 =40° (рис.3). Необходимо некоторое время, чтобы стрелка компаса успокоилась и перестала колебаться. Запишите величину тока I и углы отклонения от первоначального положения северного a1 и южного a2 полюсов стрелки в таблицу. Так же получить значения токов при углах отклонения северного полюса стрелки компаса на углы 45°, 50°, 55° и 60°.. Внимание: отклонение любого полюса стрелки есть разность начального и конечного показания компаса и не может превысить 90°.
4. Измените направление тока в гальванометре с помощью переключателя на установке. Проделайте пункт 3, устанавливая такие же значения токов и фиксируя углы отклонения от первоначального положения северного a3 и южного a4 полюсов стрелки. Дублирование измерений делается для того, чтобы исключить систематическую погрешность, связанную с неточной установкой катушки в плоскости магнитного меридиана, а также с определением самой этой плоскости. Данные занесите в таблицу и получить подпись преподавателя о завершении эксперимента. После этого можно продолжить вычисления.
№ п/п | I, мА | a1,° | a2,° | a3,° | a4,° | <a>,° | tg<a> | Bгор, мкТл | Е, относительная погрешность | DВгор, мкТл абс. погр. |
0,84 | 0,0256 | 0,57 | 0,0146 | |||||||
0,0242 | 0,53 | 0,0128 | ||||||||
1,2 | 0,0280 | 0,49 | 0,0137 | |||||||
1,43 | 0,0283 | 0,46 | 0,0130 | |||||||
1,73 | 0,0272 | 0,43 | 0,0117 |
N = 60 витков; <Bгор> = 0,0267 мкТл; (DВгор)max= 0,0146 мкТл
R = 0,14 м;
m0=4p×10–7 Гн/м; Вгор = (0,0267 ± 0,0146) мкТл
5. Определить среднее значение угла <a> для каждого значения тока I по формуле:
6. По формуле вычислить Bгор для каждого тока I, где R и N указаны в описании установки.
7. Из всех полученных Bгор найти среднее значение <Bгор>.
8. По данным опытов определите относительную Е и абсолютную DBгор погрешности по формулам ,
D I, DR и Da определяются как половина деления прибора, с помощью которого были измерены I, R и a, причем Da надо выразить в радианах. Если значение какой-либо величины уже указано в описании установки, например R, то абсолютная погрешность этой величины определяется как половина единицы последнего разряда. Пример: R=113,15 м. Единица последнего разряда - это одна сотая. Таким образом, DR = 0,01/2 = 0,005 м.
9. Найти наибольшее значение абсолютной погрешности. Результат представить в виде
Сравнить полученное значение Bгор с табличным (см. теоретическое описание).
Рис.2 рис.3
Контрольные вопросы
1. Что такое магнитное поле? Какими свойствами оно обладает? Имеет ли источники, вихри?
2. Дайте определение вектора . Что такое линии индукции магнитного поля?
3. Как магнитное поле действует на заряд, на провод с током, на виток с током?
4. Сформулируйте закон Био-Савара. Используя этот закон, выведите формулу для расчета индукции магнитного поля в центре кольца с током .
5. Покажите картину силовых линий магнитного поля Земли. Покажите как направлен
вблизи поверхности Земли в северном полушарии вектор и найдите его составляющие (горизонтальную и вертикальную).
6. Как меняется в зависимости от географической широты?
7. Что известно о природе геомагнитного поля?
Рассмотренные здесь вопросы можно найти в литературе: Савельев И.В. Курс общей физики. - 2-е изд. - М.: Наука, 1982, т.2. гл. "Магнитное поле в вакууме".