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