ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

⇐ ПредыдущаяСтр 12 из 18Следующая ⇒

1. Цель работы: ознакомление с методами измерения индукции магнитных полей на основе принципа наложения. Измерение горизонтальной составляющей индукции земного магнитного поля.

2. Приборы и принадлежности: тангенс-гальванометр, амперметр, реостат 500 Ом, выпрямитель на 12 В, двухполюсный переключатель, ключ, соединительные провода.

3. Метод измерений: измеряя угол между направлением вектора горизонтальной составляющей магнитного поля Земли и вектором индукции магнитного поля, получившегося в результате наложения поля Земли на поле, индукцию которого легко вычислить, вычисляют величину горизонтальной составляющей индукции поля Земли.

4. Введение

Известно, что вокруг проводников с током возникает магнитное поле, как это показано на рисунке .1.

Определить величину этого магнитного поя можно, использовав закон Био-Савара-Лапласа

где dB — вектор магнитной индукции поля, создаваемого элементом длины проводника dl в точке на расстоянии r от этого элемента;

k — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц и среды, в которой находится проводник;

I — сила тока в проводнике.

В скалярном виде, с учетом значения коэффициента пропорциональности в системе СИ получаем:

где m — относительная магнитная проницаемость среды, в которой находится проводник;

m₀ = 4p · 10^-7 Гн/ м — магнитная постоянная.

Рисунок 9. 1 Рисунок 9. 2

Используя закон Био-Савара-Лапласа, можно вычислить индукцию полей проводников с током в независимости от их формы, размеров и положения точки, в которой вычисляют индукцию.

Во многих случаях возникает необходимость в измерении индукции магнитных полей, когда неизвестны токи, создающие эти поля. Таким полем в частности, является магнитное поле Земли.

Земля в целом представляет собой огромный шаровой магнит. В любой точке пространства, окружающего Землю, и на ее поверхности обнаруживается действие магнитных сил, т.е. в пространстве вокруг Земли существует магнитное поле. Северный магнитный полюс имеет координаты 74° южной широты и 155° восточной долготы (по Гринвичу), южный — 74 °30 ¢ северной широты и 95° 30 ¢ западной долготы. Положение магнитных полюсов Земли со временем изменяется. Существование магнитного поля Земли обнаруживается с помощью магнитной стрелки.

Если подвесить магнитную стрелку NS на нити так, чтобы точка подвеса совпадала с ее центром тяжести, то стрелка установится по направлению касательной к силовой линии магнитного поля Земли.

Ось стрелки в данном месте Земли образует с горизонтом угол q, называемый магнитным наклонением (рисунок .2). Для Москвы угол магнитного наклонения равен 70°.

Вектор В полной магнитной индукции магнитного поля Земли можно разложить на две составляющие: горизонтальную B₀ и вертикальную В_z. Если определить одну из составляющих, то, зная угол магнитного наклонения, можно определить и полную индукцию магнитного поля Земли.

Пусть имеется круговая катушка из n витков, расположенных в плоскости магнитного меридиана. В центре катушки помещена магнитная стрелка, которая легко поворачивается вокруг вертикальной оси. Если по катушке пропустить ток, то в центре катушки возникает магнитное поле с индукцией В. В результате на стрелку будут действовать два взаимно перпендикулярных магнитных поя, как показано на рисунке .3 ¾ магнитное поле Земли (точнее его горизонтальная составляющая) и магнитное поле катушки с током. Магнитная стрелка устанавливается вдоль B₁, т.е. по диагонали параллелограмма со сторонами В₀ и В. Из рисунка 9.3

B = В₀ tgb, (9. 1)

Рисунок 9. 3

Так как индукция магнитного поля в центре катушки

В = mm₀ (nI / 2r) , (9. 2)

то В₀ = (mm₀ nI / 2r) × ( 1 / tgb) = С (1 / tgb), (9. 3)

где С = mm₀ (n / 2r) ¾ постоянная для данной катушки величина.

Следовательно. круговая катушка с магнитной стрелкой, помещенной в ее центре, может служить для измерения магнитного поля, в которое она помещена, или для измерения силы тока, текущего по виткам катушки, если индукция магнитного поля известна.

При этом магнитную стрелку нужно брать малых размеров по сравнению с радиусом витков катушки, так как формула (9.2) применима лишь для точки, находящейся в центре катушки. Прибор работа которого основана на этом принципе, называют тангенс-гальванометром.

5 Описание лабораторной установки

Электрическая схема лабораторной установки дана на рисунке 9 .4.

На схеме: ВС-12 — выпрямитель на 12 В для питания катушки тангенс-гальванометра ТГ, К — двойной переключатель для изменения направления тока в катушке ТГ, R — реостат для регулирования величины тока в катушке ТГ, А — многопредельный миллиампеметр (на 50 -100 - 200 мА) для измерения силы тока в цепи.

Общий вид применяемого в работе тангенс -гальванометра показан на рисунке .5.

Рисунок 9. 4 Рисунок 9. 5

Прибор состоит из кольцевой катушки 1, установленной на основание 2. Клеммы 3, помещенные на основании, служат для подключения к катушке источника тока. К основанию 2 крепится стержень 4, на котором установлена магнитная стрелка с отсчетной шкалой, расположенной горизонтально. Стрелка и шкала помещены в корпусе 5, защищающем их от механических повреждений. Вся система с магнитной стрелкой может поворачиваться вокруг вертикальной оси закрепляется в нужном положении. Она расположена так, что острие, на котором находится магнитная стрелка, совпадает с центром катушки.

6 Порядок выполнения работы

1. Собрать схему в соответствии с рисунком 9.4.

2. Поворачивая тангенс-гальванометр вокруг вертикальной оси, установить плоскость его катушки в плоскости магнитного меридиана. При этом магнитная стрелка должна находится в плоскости катушки. Поворачивая шкалу, устанавливают ее так, чтобы направление 0 ° ¾ 180 ° совпадало с плоскостью катушки.

3. ть цепь, стрелка тангенс-гальванометра отклонится на угол j₁. Записать величину тока I₁ по миллиамперметру.

4. Переключателем К изменить направление тока в катушке и снова добиться отклонения стрелки тангенс-гальванометра на угол j₁ (в другую сторону). Записать величину тока I₂. Записать значение j₁, I₁и I₂ в таблицу.

5. Вычислить и записать I_ср = (I₁ + I₂) / 2.

6. По формуле С = mm₀ (n / 2r) вычислить и записать постоянную С. По формуле (9.3) вычислить В₀₁, n — число витков катушки (берется по указанию преподавателя).

7. Повторить указанное в пунктах 3 — 6 для углов j₂ и j₃. Вычислить В₀₂, и В₀₃, Перед каждым измерение проверять начальную установку прибора.

8. Вычислить В_ср = (В₀₁ + В₀₂ + В₀₃) / 3.

9. Для каждого полученного значения В₀ найти абсолютную погрешность по формуле:

DВ = В₀ ( DI / I + Dr / r + 2Db / sin2b) ,

где DI ¾ абсолютная погрешность измерения тока (определяется по классу точности прибора, см. лаб.раб 2.1) ; Dr ¾ погрешность измерения радиуса катушки (принять Dr = 1 см); погрешность измерения угла принять Db = 0,5 °, при вычислениях брать Db в радианах.

10. Результат работы записать в виде:В₀ = В_0ср ± D В_ср .

11. Все измеренные и вычисленные величины записать в таблицу 9.1.

Таблица 9. 1

Число витков	φ, град	I₁, mА	I₂, mА	I_ср, mА	С	В_0i , Тл	DI / I	Dr / r	2Db sin2b	DВ

7 Контрольные вопросы

1. Какое поле называют магнитным полем?

2. Как можно обнаружить наличие магнитного поля?

3. Назовите силовую характеристику магнитного поля. Что такое линии индукции магнитного поля?

4. Запишите в системе СИ и сформулируйте закон Био-Савара-Лапласа.

5. Как определить направление вектора магнитной индукции проводника с током?

6. В каких единицах измеряется индукция магнитного поля? напряженность магнитного поля?

7. Почему измерение тангенс-гальванометром выгоднее проводить при угле j = =45°?

8. Докажите (выведите) формулу ( .2).

9. Почему магнитную стрелку, используемую в эксперименте, нужно брать маленькой по сравнению с радиусом витков катушки?

10. Что такое угол наклонения?

Лабораторная работа №2. 10

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 2596; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 7 8 9 10 111213 14 15 16 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!