Определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №16
ПО ФИЗИКЕ

(Раздел «Электричество и магнетизм»)

Ростов-на-Дону 2012

УДК 535.21/075.6

Составители: проф. С.И. Егорова, доц. И.Н. Егоров, проф. Г.Ф. Лемешко

Определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли: метод. указания к лабораторной работе № 16 .
– Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2012. – 8 с.

Указания содержат краткое описание рабочей установки и методику определения горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли. Методические указания предназначены для студентов инженерных специальностей всех форм обучения в лабораторном практикуме по физике (раздел «Электричество и магнетизм»).

Печатается по решению методической комиссии факультета
«Нанотехнологии и композиционные материалы»

Научный редактор д.т.н., проф. В.С. Кунаков

определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru © Издательский центр ДГТУ, 2012

Цель работы: Определить горизонтальную составляющую индукции магнитного поля Земли.

Приборы и принадлежности: тангенс-гальванометр, миллиамперметр, реостат, источник тока, выпрямитель, переключатель.

Краткая теория

Земля представляет собой огромный магнит, полюса которого лежат вблизи географических полюсов: вблизи северного географического полюса лежит южный магнитный определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru , а вблизи южного географического – северный магнитный полюс определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru .

Вектор индукции определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru магнитного поля Земли на экваторе направлен горизонтально, а у магнитных полюсов – вертикально. В остальных точках земной поверхности магнитное поле направлено под некоторым углом к горизонтальной плоскости. Существование магнитного поля в любой точке Земли можно установить с помощью магнитной стрелки.

Для нахождения горизонтальной составляющей индукции определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru магнитного поля Земли (т.е. величины проекции вектора индукции определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru на горизонтальную плоскость) используется тангенс-гальванометр, который представляет собой катушку радиусом определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru с числом витков определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru , плотно прилегающих друг к другу, расположенную вертикально в плоскости магнитного меридиана. Толщина обмотки во много раз меньше радиуса катушки, и ею можно пренебречь. В центре катушки в горизонтальной плоскости расположена магнитная стрелка, которая может поворачиваться вокруг вертикальной оси. Магнитная стрелка при отсутствии тока в катушке будет расположена по магнитному меридиану Земли N-S (рис.1). Поворотом катушки около вертикальной оси можно добиться совмещения плоскости катушки с плоскостью магнитного меридиана, т.е. плоскость катушки устанавливается перпендикулярно горизонтальной плоскости так, чтобы она совпадала с направлением магнитной стрелки. Если после такой установки катушки по ней пропустить ток определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru , то магнитная стрелка повернется на некоторый угол определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru , установившись вдоль индукции результирующего поля определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru (N1-S1) (см.рис.1), т.е. по диагонали параллелограмма, сторонами которого являются вектор индукции магнитного поля кругового тока определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru и горизонтальная составляющая магнитного поля Земли определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru . Объясняется это тем, что на магнитную стрелку будут действовать два поля: горизонтальная составляющая магнитного поля Земли определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru и магнитное поле определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru , созданное током (см.рис.1). Согласно принципу суперпозиции полей определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru .

определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru Направление вектора определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru определяется по правилу правого винта, а модуль – по формуле, вытекающей из закона Био-Савара-Лапласа:

определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru , (1)

где определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru - сила тока, протекающего в катушке, определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru - число витков катушки, определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru - средний радиус катушки, определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru - магнитная постоянная.

Из рис.1 видно, что

определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru . (2)

Подставляя (1) в (2), получаем

определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru , (3)

где определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru - угол отклонения магнитной стрелки.

Описание установки

Установка для определения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли представлена на рис. 2. Тангенс-гальванометр состоит из катушки, укрепленной на вращающейся подставке. В центре катушки на вертикальной оси укреплен легкий круг (лимб) с делениями, в центре которого расположена стрелка. На электрической схеме: источник тока, определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru - выпрямитель, определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru - реостат, определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru – миллиамперметр, определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru – переключатель, меняющий направление тока, проходящего по виткам катушки тангенс-гальванометра.

определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru

Рис.2

Порядок выполнения работы

1. Собрать электрическую цепь по схеме, изображённой на рис. 2.

2. Поворачивая подставку тангенс-гальванометра установить стрелку компаса на 0о (180о). В этом случае витки катушки определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru расположены в плоскости магнитного меридиана.

3. Определить цену деления миллиамперметра определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru .

4. Установить переключатель определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru в положение 1.

5. Включить выпрямитель определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru .

6. Двигая ползунок реостата определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru , добиться поворота стрелки на угол определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru (первое значение угла). Записать соответствующее этому углу число делений определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru , на которое отклонилась стрелка миллиамперметра .

7. Рассчитать силу тока по формуле определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru .

8. Проделать аналогичные измерения для всех углов, указанных в таблице.

9. Результаты занести в таблицу.

10. Установить переключатель определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru в положение 2 и повторить все измерения п.п. 5-9 для силы тока определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru.

11. Вычислить среднее значение силы тока для каждого угла определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru по формуле определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru .

12. Рассчитать для каждого угла горизонтальную составляющую индукции определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru по формуле (3). ( значения определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru и определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru указаны на установке).

13. Рассчитать среднее значение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru .

14. Рассчитать абсолютные погрешности каждого измерения по формуле определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru .

15. Рассчитать среднее значение абсолютной погрешности определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru .

16. Рассчитать относительную погрешность по формуле

определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru .

17. Результат эксперимента представить в виде:

определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru

Таблица

определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru
  определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru мА дел град   - дел   мА   дел   мА   мА   Тл Тл %
определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru 1     0,36               определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru
0,47
0,58
0,70
0,84
1,00
1,19
1,43
1,73
ср определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru

Контрольные вопросы(для защиты)

1. Как устанавливается магнитная стрелка в магнитном поле? Почему?

2. Сформулируйте закон Био-Савара-Лапласа. Как определить направление векторов индукции магнитного поля, образованного круговым током?

3. Объясните устройство и принцип действия тангенс-гальванометра.

4. Почему следует ориентировать катушку тангенс-гальванометра в направлении магнитного меридиана?

5. В чем заключается принцип суперпозиции магнитных полей?

Рекомендуемая литература

1. Федосеев В. Б. Физика / В. Б. Федосеев. – Ростов н/Д: Феникс, 2009.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 3 / И.В. Савельев. – СПб.: Лань, 2006.

3. Трофимова Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. – М.: Высш. шк, 2004.

4. Кунаков В.В. Магнетизм: учеб.-метод. пособие / В.В. Кунаков [и др.]. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2011.

Редактор Т.В. Колесникова

________________________________________________________

В печать 19.01.2012.

Объём 0,5 усл. п.л. Офсет. Формат 60x84/16.

Бумага тип №3. Заказ № .Тираж 60 экз. Цена свободная

________________________________________________________

Издательский центр ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия:

определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли - student2.ru 344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1

Наши рекомендации