Заказ работы

Заказать
Каталог тем
Каталог бесплатных ресурсов

Определение горизонтальной составляющей вектора индукции маг-нитного поля Земли

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ  ВЕКТОРА ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Освоить метод определения горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля Земли и получить его значение.

2 БИБЛИОГРАФИЯ1 Савельев И.В. Курс физики: Учеб. пособие для студентов втузов.- [В 3-х т.].- Т.2: Электричество и магнетизм. Волны. Оптика.- М.: Наука, 1989.- 496 с. 2 Трофимова Т.И. Курс физики.- М.: Высш. шк., 1998.- 542 с.

3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Земля имеет форму эллипсоида вращения. Если пренебречь ее сплющенностью (разность радиусов на экваторе и полюсах составляет 21 км), Землю можно принять за шар. Вращающийся земной шар намагничен и обладает магнитным полем. Магнитное поле шара практически совпадает с полем стержнеобразного магнита  или диполя, расположенного в его центре. Поэтому Землю можно рассматривать как гигантский магнит, который смещен примерно на 400 км от центра планеты в сторону Тихого океана и наклонен к оси вращения Земли приблизительно под

Рисунок 1

углом 120. Точки на поверхности Земли, в которые проектируется ось такого диполя, называются геомагнитными полюсами. Следует иметь в виду, что в северном полушарии расположен южный магнитный полюс, а в южном - северный.

Рисунок 2

Если подвесить магнитную стрелку так, чтобы она могла свободно вращаться вокруг центра тяжести, то она установится по направлению касательной к силовой линии магнитного поля в данной точке Земли. Геомагнитные полюса не совпадают с географическими. Угол между географическим и магнитным меридианами в любой точке планеты (кроме полюсов) называется магнитным склонением D. Если стрелка компаса отклоняется к востоку, то склонение считается положительным, если -  к западу, то - отрицательным.Стрелка укрепленная на вертикальной оси, расположенной перпен-дикулярно к географическому меридиану, наклоняется под некоторым углом к горизонтальной поверхности. Этот угол получил название магнитного наклонения I. Оно положительно, если северный конец стрелки направлен внутрь Земли, и наоборот.Вектор индукции магнитного поля Земли  можно разложить на две составляющие: горизонтальную и вертикальную . Если магнитная стрелка может вращаться только вокруг вертикальной оси, то она будет устанавливаться только под действием горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля Земли в плоскости магнитного меридиана. Горизонтальная составляющая , магнитное склонение D и наклонение I называются элементами земного магне-тизма. На рисунке 2 показано разложение вектора магнитной индукции  на ортогональные компоненты X, Y, Z и элементы В0, D, I для произвольной точки О северного полушария.  Установлено, что все показатели земного магнитного поля монотонно изменяются из года в год, из столетия в столетие. Однако магнитное поле Земли может изменяться и за короткое время: от нескольких дней до долей секунды.4 ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ1 Тангенс - гальванометр.2 Компас.3 Амперметр.4 Реостат.5 Четырехполюсный переключатель.6 Проводники.7 Источник питания. Рассмотрим круговой проводник (тангенс-гальванометр) из n вит-ков, достаточно плотно прилегающих друг к другу, расположенных вертикально в плоскости магнитного меридиана. В центре проводника поместим магнитную стрелку, вращающуюся вокруг вертикальной оси. Пока ток по катушке не пропускается, стрелка располагается в плоскости магнитного меридиана (в плоскости катушки). Если по катушке пропустить ток I, то в окружающем катушку пространстве возникает магнитное поле, вектор индукции которого  будет направлен перпендикулярно к плоскости кругового проводника. Таким образом на стрелку будут действовать два взаимно перпендикулярных поля: магнитное поле Земли (его горизонтальная составляющая ) и магнитное поле кругового тока .
Рисунок 3
Векторы  магнитной индукции этих полей взаимно перпендикулярны. Стрелка устанавливается по направлению результирующего вектора  вдоль диагонали параллелограмма, сторонами которого будут векторы магнитной индукции  и . На рисунке 3 показано сечение катушки горизон-тальной плоскостью. Вектор - горизонтальная состав-ляющая вектора индукции магнитного поля Земли,  - вектор индукции магнитного поля катушки. Из ри-сунка видно, что Вк0tg b.                                            (1)На основании закона Био-Савара-Лапласа значение вектора индукции в центре кругового витка с током вычисляется по формуле: Вк = ,                                              (2)где m - магнитная проницаемость среды (для воздуха m= 1);      m0 = 4p 10-7 Гн/м  - магнитная постоянная;      n - число витков в катушке;R - радиус витка .Приравняв правые части выражений (1) и (2), получим ,  откуда  .                                            (3)

Таким образом, зная величину тока, протекающего по катушке, ра-диус витков и, измерив отклонение магнитной стрелки, можно определить горизонтальную составляющую вектора индукции магнитного поля Земли.

5 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1 Занести в отчет данные электроизмерительных приборов: систему, класс точности, диапазон, число делений шкалы.

2 Выбрать диапазон амперметра. Рассчитать цену деления амперметра. 3 Найти приборную погрешность  амперметра и Dbпр компаса.4 Проверить электрическую цепь на соответствие ее схеме (рисунок 4).
Рисунок 4
5 С помощью реостата установить следующие значения углов отклонения стрелки компаса: 300, 450.6 Снять показания амперметра и занести их в таблицу 1.

7 Поменять полярность подаваемого на тангенс-гальванометр напряжения с помощью четырехполюсного переключателя.

8 С помощью реостата установить значения углов отклонения стрелки компаса: -300, -450. Показания амперметра занести в таблицу 1. 9 Вычислить В0 - величину горизонтальной составляющей вектора ин-дукции магнитного поля Земли по формуле (3) для каждого из углов. 10 С целью уменьшения систематической ошибки[1] найти средние арифметические значения вектора магнитной индукции  <B0> для каждой пары углов  300 и -300, 450 и - 450 соответственно. Средние значения занести в таблицу.  11 Определить абсолютную погрешность =   .

9 Найти относительную ошибку результата для каждой пары углов по формуле

e %, где - приборная погрешность компаса, выраженная в радианах.10 Выбрать из рассчитанных значений  то, которому соответствует меньшая погрешность и для него записать окончательный результат в виде:  B­0,ист = < > + . Сделать выводы по работе.  Таблица 1
bDbпрID I прB00>DB0e = DB/B0
 раддел.мAмAТлТлТл?100%
300        
-300        
450        
-45        
 6 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1 Что такое индукция магнитного поля? Единица измерения.

2 Что такое напряжённость магнитного поля? Единица измерения.3 Что такое магнитный поток? Единица измерения магнитного потока.4 Сформулируйте закон Био-Савара-Лапласа.5 Рассчитайте, используя закон Био-Савара-Лапласа, индукцию магнитного поля  в центре кругового тока.6 Объясните причины изменения положения стрелки компаса при включении тангенс-гальванометра.7 Опишите магнитное поле Земли.* * *   


[1]) Определяющей ошибкой при расчете горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля Земли методом тангенс-гальванометра является систематическая ошибка, которая может быть связана как с некоторыми недостатками конструкции измерительной установки, так и с несовершенством измерительных приборов. Так например, на стрелку компаса могут оказывать влияние окружающие посторонние железные предметы, отклоняющие стрелку от положения магнитного меридиана. Размер стрелки и ее положение относительно плоскости кольца должны быть такими, чтобы она целиком помещалась в однородной части магнитного поля колец (для этого ее длина не должна превышать 0.1 R колец). Учитывая эти замечания в работе предлагается рассчитать приборную ошибку результата и сделать это для каждого угла отклонения стрелки компаса.



Размер файла: 127.5 Кбайт
Тип файла: doc (Mime Type: application/msword)
Заказ курсовой диплома или диссертации.

Горячая Линия


Вход для партнеров