Порядок выполнения работы. Магнитное поле Земли подобно полю однородно намагниченного шара и ориентировано так
Введение
Магнитное поле Земли подобно полю однородно намагниченного шара и ориентировано так, как показано на рис. 1.
Рис. 1
По определению, северный полюс магнитной стрелки указывает на север, поэтому соответствующий магнитный полюс Земли является южным (одноименные полюсы магнитов отталкиваются, разноименные притягиваются). Магнитные полюсы Земли не совпадают с положением географических полюсов, находящихся на оси вращения Земли. Магнитная ось наклонена относительно географической на 11 градусов и смещена на 1140 км в сторону Тихого океана. Магнитные полюсы со временем изменяют свое положение. Силовые линии магнитного поля выходят приблизительно из центра Земли через Южное полушарие и, обогнув Землю, возвращаются к ее центру через Северное полушарие.
Компоненты магнитного поля Земли на поверхности планеты меняются таким образом:
- величина индукции магнитного поляВо от +62 до - 73 мкТл.
- горизонтальная составляющая Вг от 0 до 41 мкТл.
Реальная конфигурация земного магнитного поля более сложная, чем поле однородно намагниченного шара, так как добавляются поля верхней части земной коры (в районе Курской магнитной аномалииВо ≈ 200 мкТл).
-2-
Существует много способов измерения слабых магнитных полей, каким является геомагнитное поле. В данной работе используется электрический магнитометр, основанный на сравнении измеряемого магнитного поляВизмсполем эталонной катушки
(1)
где mo - магнитная постоянная (mо= 4p×10-7 Гн/м), N- число витков катушки, I - сила постоянного тока в ней, R - радиус катушки.
В качестве чувствительного элемента используется стрелка магнитного компаса. Этот метод в литературе называется также методом тангенс -буссоли или тангенс - гальванометра.
Рис.2
Описание установки
В качестве источника известного постоянного магнитного поля используется катушка, внутри которой на съемном столике - пластинке размещают магнитный компас (рис. 2, а). Катушка подключается к источнику постоянного тока, величину которого можно изменять с помощью переменного сопротивления. По отклонению стрелки компаса в суммарном
магнитном поле Земли и магнитном поле катушки судят о величине геомагнитного поля.
Порядок выполнения работы
1. Укрепите катушку на стержне модуля МОЗ (рис. 2, а). Компас поместите в центре катушки. Катушку расположите в плоскости магнитного меридиана, так чтобы стрелка компаса находилась в плоскости катушки.
![]() |
Рис.3 |
-3-
2. Соберите электрическую схему, показанную на рис. 3.
3. Включите питание катушки и отрегулируйте ток переменным резистором так, чтобы стрелка компаса отклонилась на 45°, при этом магнитная индукция катушки сравняется с горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.
Данные занесите в таблицу.
4. Выключите ток в катушке. Встряхните компас и установите катушку вдоль магнитного меридиана. Повторите измерения 5-7 раз.
5. Для каждого измерения рассчитайте горизонтальную составляющую магнитного поля Земли Вг по формуле (1). N = 400 витков, R = 35 мм. Заполните таблицу.
Таблица
№ | I (mА) | Вг(тТл) | Вi ¾ <Вг> | (Вi ¾ <Вг>)2 |
… | ||||
S |
6. Рассчитайте среднее значение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли, абсолютную и относительную погрешность по формулам
,
,
2)
-4-
гдеВi - каждое очередное значение ВГ,t(a,n) - коэффициент Стьюдента (для 5 измерений t(a,n) = 2,78), п - число измерений.
7. Результат запишите в стандартном виде:
Вг = <BГ > ± DВ; e =DB/<Bг>, при a = 0,95.
Контрольные вопросы
1. Магнитное поле Земли. Его составляющие. Понятие о магнитном меридиане.
2. Магнитное поле и его характеристики. Закон Био - Савара - Лапласа.
3. Магнитное поле прямого и кругового токов.
-4-
4. Измерение магнитного поля электрическим магнитометром. Другие способы измерения магнитного поля.
5. Рамка с током в магнитном поле. Магнитный момент контура с током.