Определение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли - файл n1.doc

приобрести
Определение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли
скачать (161.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc162kb.16.09.2012 15:54скачать

n1.doc

Лабораторная работа № 5.

Тема: Определение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли.

Цель работы: Определить горизонтальную составляющую напряженности магнитного поля Земли.
Приборы.

  1. Тангенс-гальванометр.

  2. Источник постоянного тока.

  3. Амперметр.

  4. Реостат,

  5. Переключатель.

  6. Провода.

Краткая теория.

Земля представляет собой огромный магнит, полюса которого вблизи географических полюсов: вблизи северного географического полюса расположен южный магнитный полюс S, а вблизи южного географического – северный магнитный N (рис. 1),



Плоскость

магнитного

меридиана


Рис. 1. Схема магнитного поля Земли
В первом приближении магнитное поле Земли совпадает с магнитным полем постоянного магнита как бы размещенного по диаметру её ядра. Строгого научного объяснения природы магнитного поля Земли до сих пор нет. По последним гипотезам магнитное поле Земли создается токами, циркулирующими по поверхности ядра Земли, а также токами в радиационных поясах и намагниченностью горных пород.

Магнитное ноле Земли на экваторе направлено горизонтально (в плоскости 3 на рис. 16), а у магнитных полюсов – вертикально (в точках А, С). В остальных точках земной поверхности магнитное пале Земли направлено под некоторым углом к горизонтальной плоскости (точка К). Угол в вертикальной плоскости между магнитной стрелкой и горизонтом называется углом магнитного наклонения или просто магнитным наклонением. Лишь на магнитном экваторе этот угол равен нулю.

В качестве количественных характеристик магнитного поля используются вектор магнитной индукции В и вектор напряженности магнитного поля Н, которые связаны между собой соотношением

, (1)

где м – магнитная проницаемость среды;

м0 – магнитная постоянная.

(В системе единиц СИ , в системе единиц СГС )

Векторы В и Н по направлению совпадают. Единицы измерения величин В и Н в различных системах приведены в таблице.

Физическая величина

В системе СИ

В системе СГС

Соотношение единиц СИ и СГС

Индукция магнитного поля В

Тесла (Тл)

[B]=кг·с-2·А-1

Гаусс (Гс)

[B]=см-1/2·г1/2·с-1

1 Тл=104 Гс

1 Гс=10-4 Тл

Напряженность магнитного поля Н



[H]=м-1·А

Эрстед (Э)

[H]=см-1/2·г1/2·с-1



1 Э ? 80


Из формулы (1) видно, что В=Н только для поля в вакууме (м=1) при использовании системы единиц СГС (м0=1). Из двух количественных характеристик магнитного поля – В и Н, первая ( В ) является более общей. Она характеризует результирующее магнитное поле, создаваемое всеми макро- и микротоками, т.е. учитывая свойства среды, в которой рассматривается поле. Напряженность же магнитного поля Н является понятием вспомогательным и характеризует лишь магнитное поле, создаваемое самим макротоком, Она не зависит от свойств среды.

Традиционно однако сложилось так, что для характеристики магнитного поля Земля используется именно напряженность Н. Вектор напряженности магнитного поля Земли Н3 направлен по касательной к силовой линия магнитного поля и образует с горизонтальной плоскостью некоторой угол, так как силовые линии земного магнитного поля в общем случае не параллельны поверхности Земли.

Напряженность Н3 можно разложить на горизонтальную ( Нг ) и вертикальную ( Нв ) составляющие. Направление горизонтальной составляющей Нг принимается за направление магнитного меридиана, а вертикальная плоскость, проходящая через него, называется плоскостью магнитного меридиана. Очевидно, магнитная стрелка, которая может вращаться не вертикальной оси, будет отклоняться в горизонтальной плоскости только под действием горизонтальной составляющей Нг и расположится вдоль магнитного меридиана Земля. Эта способность магнитной стрелки используется для определения Нг с помощью приборе, называемого тангенс-гальванометр.

Тангенс-гальванометр представляет собой плоскую вертикально установленную катушку радиусом R с некоторым числом витков N; в центра катушки в горизонтальной плоскости расположена короткая магнитная стрелка, которая может поворачиваться вокруг вертикальной оси. При отсутствии тока в катушке магнитная стрелка будет располагаться по направлению горизонтальной составляющей. Напряженность магнитного поля Земли Нг. Поворотом катушки вертикальной оси можно добиться совмещения плоскости катушки с плоскостью магнитного меридиана. Если после такой установки катушки по ней пропустить ток, то магнитная стрелка повернется на некоторый угол ? (рис. 2). Отклонение стрелки от первоначального положения называется появлением магнитного поля, создаваемого током в катушке. Вектор напряженности магнитного поля Нy, создаваемого круговым током, перпендикулярен плоскости катушки (его направление определяется по правилу правого винта), а следовательно, перпендикулярен вектору Нз. Под действием двух полей (НI и Нг ) магнитная стрелка займет положение, соответствующее результирующему полю, напряженность которого Н будет совпадать с линией, соединяющей полюса стрелки (рис. 2).






Рис. 2. Положение магнитной стрелки в магнитном поле кольцевого тока

SN – направление магнитного меридиана Земли.

А и В – сечение витка катушки горизонтальной плоскостью.

Нг – вектор горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли.

НI – вектор напряженности магнитного поля, созданного током в катушке.

Из рис. 2 видим, что ,

следовательно,

(2)

Напряженность магнитного поля Ну, создаваемого в центре витка, определяется по закону Био-Савара-Лапласа:

, где

I – ток в витке, А,

R – радиус витка, М.

Если катушка содержит N витков, то напряженность магнитного поля в центре катушки будет: (3)

Подставляя (3) в формулу (2), получим:

(4)

Обработка результатов измерений.

  1. Отклонение стрелки от нулевого положения как среднеарифметического двух измерений:

  2. Для каждого опыта найти значение Нг по формуле: , рассчитать Нгф. Все вычисления произвести в системе СИ, а среднюю величину Нгф перевести в единицы системы СГС.

  3. Вычислить абсолютную и относительную погрешности и записать результаты в виде: Нг=(Нгср±?Нгф)А/М

А·М-1

№ изм.

R, M

N

I, A

?1

?2

?

tg ?

Нг

г

1

0,16

30

0,84

190

354

272

28,636

0,0275

0,0346

2

0,16

30

0,88

200

354

277

8,142

0,0967

0,0346

3

0,16

30

0,82

186

354

270

-

-

-

4

0,16

30

0,86

196

354

275

11,424

0,069

0,007

5

0,16

30

0,84

194

354

274

14,3

0,0551

0,007


Нгср=0,0621 (А·М-1)

СГС [H]=1Э 1Э=80 А·М-1

Нгср=0,000776

Нг=(0,0621±0,0208) (А·М-1)

Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации