ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

ЗЕМЛИ

Цель работы: найти горизонтальную составляющую индукции магнитного поля Земли.

Оборудование: тангенс–гальванометр, источник тока, тумблер, миллиамперметр.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Магнитное поле – это форма материи, которая обнаруживает себя действием на магниты, на проводники с током, на передвигающиеся электронные заряды. И напротив, источником магнитного поля могут быть неизменные магниты, проводники с электронным током, передвигающиеся электронные заряды ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ.

Силовой чертой магнитного поля является вектор магнитной индукции В. По определению, индукция магнитного поля равна отношению крутящего момента сил, действующего на магнитную стрелку либо рамку с током, к их магнитному моменту: ; или, согласно закону Ампера, равна отношению наибольшей силы, действующая на проводник, к силе тока и длине ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ проводника: .

Магнитное поле изображают при помощи силовых линий. Это линия, касательная к которой совпадает с вектором индукции. Силовые полосы всегда замкнутые, что обосновано тем, что в природе в отличие от электронных, магнитные заряды отсутствуют.

Теоретический расчёт индукции магнитного поля проводников хоть какой формы основан на применении принципа суперпозиции и ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ закона Био – Савара – Лапласа для элемента проводника длиной dl с током силой J:

. (1)

Тут m – относительная магнитная проницаемость среды, – магнитная неизменная, r – радиус-вектор, проведенный из элемента dl проводника в точку наблюдения, a – угол меж элементом dl и радиус-вектором r (рис.1).

Направление вектора dB можно найти правилом ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ буравчика. Если вкручивать буравчик в направлении тока в проводнике, то направление движения конца ручки буравчика в точке наблюдения покажет направление вектора индукции магнитного поля (рис. 1).

dl
Рис. 2
B
R
Ток
Рис. 1
dl
B
r
a
Буравчик
Элемент проводника
Ток J
Индукция

Определим, используя закон Био – Савара – Лапласа, индукцию магнитного ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ поля в центре витка радиуса R, с током J (рис. 2). Выберем элемент витка малой длины dl. Вектор dl ориентирован по касательной к витку в направлении тока, sin α = 1. Вектор индукции элемента витка dВ, по правилу буравчика, ориентирован по оси витка ввысь. Так же будут ориентированы векторы индукции других частей. Другими словами индукция витка ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ равна сумме индукций частей, . Либо

. (2)

Земля – единственная планетка, близкая к Солнцу, имеющая магнитное поле. Магнитное поле Земли, по одной из гипотез, обосновано электронными токами при конвективном течении магмы, которая приобретает заряд вследствие трения. Магма, под действием силы Архимеда, подымается от жаркого ядра Земли, отклоняется под действием сил Кориолиса и снова ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ опускается. Появляется два тороидальных течения вокруг земной оси в Северном и Южном полушарии. Магнитное поле тороидального тока не выходит из Земли. А магнитное поле радиального тока делает магнитосферу Земли. Силовые полосы магнитного поля выходят из северного магнитного полюса, размещенного в Антарктиде, и входят в южный полюс в ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Двойной ключ
Реостат
Вгор
α
Стрелка
Амперметр
Рис. 3
Тангенс–гальванометр
БП
Ток J
Вкат

Арктике.

Одним из способов экспериментального измерения индукции магнитного поля Земли является способ сопоставления его с известной индукцией магнитного поля катушки с током. Катушка представляет собой несколько витков проволоки, в центре которых размещен компас. Таковой прибор именуется ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ тангенс–гальванометром (рис. 3). Если плоскость витков совпадает с плоскостью магнитного меридиана Земли, то магнитная стрелка будет размещена в плоскости катушки. Если включить электронный ток в катушке, то появится еще магнитное поле катушки. Индукция магнитного поля катушки Вкат перпендикулярна плоскости витков, означает, перпендикулярна горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли. Магнитная ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ стрелка оборотится к направлению результирующей индукции обоих полей на угол a. Тангенс угла поворота равен отношению катетов треугольника векторов индукций

. (3)

Потому что индукцию магнитного поля катушки можно высчитать по формуле (2), умножив ее на число витков, то горизонтальную составляющую магнитного поля Земли можно найти по формуле

. (4)

В лабораторной установке катушка подключаются ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ к источнику неизменного тока БП. Сила тока регулируется реостатом R и измеряется миллиамперметром. Направление тока меняется двойным ключом. В центре катушки установлен компас. Угол отличия стрелки измеряется по шкале компаса.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

1. Установить катушку тангенс-гальванометра в плоскости магнитного меридиана, другими словами плоскость витков должна быть вертикальной и совпадать с направлением ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ на Север. При всем этом северный конец стрелки компаса должен демонстрировать 0о и 360о по шкале.

2. Сосчитать число витков. Измерить радиус витков. Результаты записать в табл. 1.

Установить предел измерения миллиамперметра 750 мА . Стоимость деления будет С=5 мА/дел

Таблица 1

Число витков N
Радиус витков R, м

3. Включить блок питания в сеть 220 В. При ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ помощи реостата установить силу тока 100 мА. Измерить угол отличия a1 магнитной стрелки по шкале компаса. Поменять при помощи ключа направление тока и измерить угол отличия a2. Если стрелка отклоняется по часовой стрелки, то угол поворота определять как разность меж 3600 и показанием. Результаты записать в табл. 2.

4. Повторить измерения, изменяя силу ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ тока, более 5 раз. Результаты записать в табл. 2.

Выключить установку.

5. Произвести расчеты. Найти в каждом опыте среднее значение угла отличия стрелки = (a1+a2)/2 и тангенсы средних углов. Записать в табл. 2.

6. Найти в каждом опыте горизонтальную составляющую индукции магнитного поля по формуле (3). Результаты записать в табл. 2. Найти среднее значение горизонтальной ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ составляющей индукции <Вгор>.

Сила тока J, A
Угол отличия a1, град.
Угол отличия a2, град.
Среднее отклонение , град.
Тангенс отличия tg
Индукция В, мкТл

Таблица 2

7. Оценить случайную погрешность измерения индукции по формуле

. (5)

8. Записать итог: Вгор = <В>гор ±d Вгор , Р = …

Сделать выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Дайте определение магнитного поля, индукции магнитного поля. Как изображают ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ магнитное поле при помощи силовых линий?

2. Запишите закон Био – Савара – Лапласа. Растолкуйте смысл закона. Растолкуйте применение правила буравчика.

3. Выведите формулу для индукции магнитного поля в центре витка, применяя закон Био – Савара – Лапласа.

4. Почему магнитная стрелка указывает на Север? Как делают магнитные стрелки?

5. Выведите расчетную формулу для определения ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ горизонтальной составляющей индукции поля Земли при помощи тангенс–гальванометра.

6. Растолкуйте предложенную догадку образования магнитного поля Земли. Какую роль играет магнитное поле в жизни на Земле?


Работа 27


opredelenie-ceni-vikupa-akcij.html
opredelenie-chastoti-serdechnih-sokrashenij.html
opredelenie-chisla-omileniya.html