Опис експериментальної установки
Лабораторна робота № 2-6
Визначення горизонтальної складової напруженості магнітного поля Землі
Мета роботи: визначити горизонтальну складову напруженості магнітного поля Землі.
Обладнання: тангенс-гальванометр, амперметр, реостат, джерело постійного току, перемикач.
Теоретичні відомості
Найбільше грандіозним магнітом, у поле якого ми постійно знаходимося, є Земна куля. Полюси цього магніту лежать поблизу географічних полюсів Землі : поблизу північного географічного полюса розташований південний S, а коло південного географічного - північний N.
В межах кожного місця на Землі магнітне поле практично однорідне, але в різних місцях Земної поверхні напрямок і розмір напруженості магнітного поля не однакові і залежать від географічного положення цієї точки. Проекція напруженості Земного магнітного поля на горизонтальну площину називається горизонтальної складового вектора напруженості Земного магнітного поля , а проекція того ж вектора на вертикальну лінію називається вертикальною складового вектора напруженості Земного магнітного поля. Горизонтальна складова на Земній поверхні змінюється від 0 до 35 А/ м (приблизно 0.4 ерстеди), плавно зростаючи від магнітних полюсів до екватору.
Магнітна стрілка, що може обертатися лише біля вертикальної осі, буде відхилятися в горизонтальній площини тільки під дією горизонтальної складової магнітного поля Землі. Ця властивість магнітної стрілки використовується у пристроях, котрі звуться тангенс гальванометрами для визначення .
Тангенс-гальванометр являє собою плоску котушку діаметру D і з числом витків N. Площина котушки перпендикулярна горизонтальній площині, тобто розташована вертикально. В центрі котушка на вертикальній осі розміщено магнітну стрілку. Ця стрілка може вільно обертатися навколо вертикальної осі і орієнтуватися в горизонтальній площині.
Якщо струму в котушці немає, то стрілка зорієнтована уздовж шуканої горизонтальної складової вектора напруженості земного поля . Повертаючи котушку, можна досягти такого положення стрілки, (отже, й вектора ) коли вони лежатимуть в площині котушки.
При пропусканні струму по обмотці котушки додатково до земного створюється магнітне поле струму напруженість якого в центрі котушки перпендикулярна до її площини. Таким чином, магнітні поля та лежать обидва в горизонтальній площині, але взаємно перпендикулярні одне одному. Магнітна стрілка, зрозуміло, в такому разі зорієнтується по результуючому полю, яке є векторною сумою цих двох полів:
| (1) |
З малюнку 1 неважко побачити, що тангенс кута відхилення магнітної стрілки дорівнює відношенню напруженостей двох цих полів:
| (2) |
Від цієї формули й пішла назва приладу - "тангенс гальванометр" (або інакше ще "тангенс-бусоль").
Напруженість магнітного поля котушки із струмом є відомою, вона залежить від сили струму ,
кількості витків в котушці , та її діаметру наступним шляхом:
| (3) |
Отже, остаточна розрахункова формула для буде такою :
| (4) |
Опис експериментальної установки
| |
Мал.1 Схема тангенс гальванометру
E
R
П TG
Мал.2 Принципова електрична схема установки.
Порядок виконання роботи :
1. Зібрати електричне коло за схемою (мал.2). На цій схемі A- амперметр, ТG – тангенс гальванометр, E - джерело струму , П - перемикач, R - реостат.
2. Встановлюйте площину котушки і стрілку в площині магнітного меридіана. Визначайте діаметр котушки.
3. Замикайте коло і, змінюючи опір реостата, домагайтеся того, щоб стрілка відхилялася від початкового положення на кут приблизно в 300.
4. По амперметрові А відзначають силу струму і точно фіксують по круговій шкалі кут відхилення стрілки .
5. Не змінюючи величини струму I, змінюють перемикачем його напрямок і вимірюють кут відхилення стрілки в інший бік. Знаходять середнє значення модуля кута відхилення .
6. Аналогічні виміри повторюють для інших значень сили струму та кутів відхилення.
7. Результати вимірів сили струму, та модуля середнього кута відхилення заносять у таблицю.
Обробка результатів
Результати вимірювань заносяться у таблицю наступного вигляду :
| № | |||||
| , А | |||||
Далі за формулою (4) розрахуйте декілька значень величини горизонтальної складової магнітного поля Землі . Стандартним способом знайдіть середні значення та оцініть середньоквадратичну похибку.
Контрольні запитання
1. Що треба розуміти під горизонтальною складовою магнітного поля Землі? Як змінюється по розмірі і напрямку горизонтальна складова при переході від екватора до полюса?
2. У чому полягає метод визначення горизонтальної складової магнітного поля Землі в даній роботі?
3. Як знайти розмір і напрямок напруженості магнітного поля кругового струму в його центрі?
4. Чи буде змінюватися величина у даному місці Землі від зміни сили струму в тангенс гальванометрі ?
5. Які одиниці виміру напруженості магнітного поля в СИ?
Література
1. Савельєв И.В. Курс общей физики. М.: Наука, 1970, т.2
©1999