ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ С ПОМОЩЬЮ
ТАНГЕНС-ГАЛЬВАНОМЕТРА
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
ПО КУРСУ «ФИЗИКА»
для студентов специальности
280201 “Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов”
Тюмень, 2010
УДК 537.6
M-79
Морев А.В., Третьяков П.Ю. Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли с помощью тангенс-гальванометра: методические указания к лабораторной работе по курсу «Физика» для студентов специальности 280201 “Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов” очной формы обучения. - Тюмень: РИО ГОУ ВПО ТюмГАСУ, 2010. – 10 с.
Методические указания предназначены для выполнения лабораторной работы по курсу общей физики, раздел «Магнетизм».
Методические указания содержат краткую теоретическую часть и контрольные вопросы. В пособии даны методические рекомендации по порядку выполнения работы, математической обработке результатов измерений и оформлению таблиц.
Редакционно-издательский отдел ГОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет»
Содержание
1 Краткая теория............................. 4
2 Описание установки и метода измерений............... 9
3 Порядок выполнения работы..................... 10
4 Контрольные вопросы......................... 10
5 Литература................................ 10
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ
С ПОМОЩЬЮ ТАНГЕНС-ГАЛЬВАНОМЕТРА
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
определение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли
ОБОРУДОВАНИЕ:
тангенс-гальванометр, миллиамперметр, реостат, источник постоянного тока
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом.
Экспериментальным доказательством реальности магнитного поля является факт существования электромагнитных волн. Магнитное поле, как и электрическое, является частным проявлением единого электромагнитного поля.
Главное свойство магнитного поля заключается в том, что оно действует только на движущиеся в нем электрические заряды. Электрическое поле действует как на неподвижные, так и на движущиеся в нем электрические заряды.
Характер воздействия магнитного поля на ток различен в зависимости от формы проводника, по которому течет ток, от расположения проводника и от направления тока.
Напряженность магнитного поля, создаваемую током I, текущему по участку проводника длиной dl, в точке, расположенной от этого участка на расстоянии r
(1)
где - вектор, по модулю равный длине элемента проводника и совпадающий по направлению с током.
Выражение (1) называют законом Био-Савара-Лапласа.
Направление вектора перпендикулярно и , т.е. перпендикулярно плоскости, в которой они лежат. Отметим, что данное направление может быть определено по правилу буравчика (правилу правого винта): если правовинтовой буравчик ввинчивать по направлению тока, то направление вращения рукоятки буравчика совпадет с направлением вектора .
Модуль вектора определяется выражением
(2)
где α – угол между векторами и .
По формуле (1) определяется напряженность поля, создаваемая участком проводника, по которому течет ток I. Чтобы определить напряженность поля, создаваемую всем проводником, нужно применить принцип суперпозиции полей:
(3)
где – вектор напряженности магнитного поля элемента проводника с током, а интегрирование производится по всей длине l проводника.
Используя закон Био-Савара-Лапласа, можно вычислить напряженность магнитного поля, создаваемого проводником с током любой формы.
Определим напряженность магнитного поля в центре кругового проводника радиуса R, по которому течет ток I (рисунок 1). Разобьем этот проводник на малые участки длиной dl, таких, чтобы каждый участок dl был намного меньше R.
Рисунок 1 – К расчету поля в центре кругового проводника с током
Как следует из рисунка 1, все элементы кругового проводника с током создают в центре магнитные поля одинакового направления – вдоль нормали от витка:
(4)
С учетом (3) и (4) получим, что напряженность магнитного поля в центе кругового проводника с током равна
(5)
В пространстве, окружающем Землю, создается магнитное поле. Это поле в основном обусловлено процессами, протекающими в жидком металлическом ядре Земли. Магнитные полюса Земли располагаются вблизи географических полюсов, но не совпадают с ними. Магнитный полюс Земли, расположенный на севере N, называется Южным магнитным полюсом s, другой, расположенный на юге S, – Северным магнитным полюсом n (рисунок 2). Угол между осью вращения Земли и линией, соединяющей ее магнитные полюсы, составляет 11,5°. Через магнитные полюса проходят магнитные меридианы.
Рисунок 2 – Силовые линии магнитного поля Земли
Направление магнитных силовых линий в любой точке Земли можно установить с помощью магнитной стрелки. Если подвесить магнитную стрелку на нити (рисунок 3) за центр тяжести так, чтобы она могла свободно поворачиваться и в горизонтальной и в вертикальной плоскостях, то стрелка установится по направлению касательной к силовым линиям магнитного поля.
В северных широтах северный конец такой стрелки расположен ниже точки подвеса – ось стрелки с горизонтом составляет угол наклоненияθ (на экваторе этот угол равен нулю).
Напряженность магнитного поля Земли можно разложить на вертикальную и горизонтальную составляющие:
. (6)
Рисунок 3 – Положение магнитной стрелки в поле Земли
Зная горизонтальную составляющую магнитного поля и угол наклонения θ, легко определить вертикальную составляющую поля:
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг(0.005 сек.)
(1)
- вектор, по модулю равный длине 
элемента проводника и совпадающий по направлению с током.
перпендикулярно 
и 
, т.е. перпендикулярно плоскости, в которой они лежат. Отметим, что данное направление может быть определено по правилу буравчика (правилу правого винта): если правовинтовой буравчик ввинчивать по направлению тока, то направление вращения рукоятки буравчика совпадет с направлением вектора 
определяется выражением
(2)
(3)
(4)
(5)
можно разложить на вертикальную 
и горизонтальную 
составляющие:
. (6)
. (7)