Составляющей магнитного поля Земли

Земля представляет собой естественный магнит, полюса которого располагаются недалеко от географических полюсов.

Если в некоторой точке Земли свободно подвесить магнитную стрелку, она установится по касательной к линии напряженности магнитного поля Земли (вдоль направления вектора напряженности магнитного поля). Таким образом, в любой точке Земли можно выделить горизонтальную и вертикальную составляющие магнитного поля Земли.

Если стрелка может свободно вращаться только в горизонтальной плоскости, то она будет устанавливаться в плоскости магнитного меридиана под действием только горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.

Напряженность магнитного поля в центре катушки с током зависит от количества витков, радиуса витков, силы тока. Вектор напряженности магнитного поля в центре катушки перпендикулярен ее плоскости. При сложении магнитного поля Земли и магнитного поля катушки магнитная стрелка тангенс-буссоли установится по направлению результирующей напряженности этих полей.

Измеряя угол отклонения стрелки от плоскости магнитного меридиана Земли при пропускании электрического тока через тангенс-буссоль, можно рассчитать горизонтальную составляющую напряженности магнитного поля Земли.

На практике чаще используется другая характеристика магнитного поля — индукция . Напряженности и индукция магнитного поля связаны между собой соотношением:

,

где m — магнитная проницаемость вещества; m₀ = 4p×10^–7 Гн/м —магнитная постоянная.

Порядок выполнения работы

1. Установить тангенс-буссоль в плоскости магнитного меридиана Земли.

2. Замкнуть ключ К. при помощи потенциометра R установить заданный преподавателем ток I.

3. Измерить угол поворота магнитной стрелки a₁.

4. Изменить направление тока в тангенс-буссоли. Измерить угол поворота магнитной стрелки a₂.

5. Выполнить п. п. 2 — 4 для других значений силы тока. Занести данные в таблицу.

6. Рассчитать горизонтальную составляющую магнитного поля Земли:

где n — количество витков в катушке; I — сила тока в катушке; r — радиус катушки.

7. Найти среднее значение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли:

Н _ср = (Н ₁ + Н ₂ + Н ₃)/3 =

8. Найти абсолютную погрешность каждого измерения:

D Н ₁= ê Н ₁ – Н _срê=

D Н ₂= ê Н ₂ – Н _срê=

D Н ₃= ê Н ₃ – Н _срê=

9. Найти среднее значение абсолютной погрешности:

D Н _ср = (D Н ₁ + D Н ₂ + D Н ₃)/3 =

10. Рассчитать относительную погрешность:

d Н = D Н _ср / Н _ср =

11. Результат представить в виде: Н = Н _ср ± D Н _ср; d Н = …%.

Н = ±; d Н =.

Контрольные вопросы

1. Что такое горизонтальная и вертикальная составляющие магнитного поля Земли?

2. От каких параметров зависит магнитное поле катушки с током?

3. Как определялась горизонтальная составляющая напряженности магнитного поля Земли в данной работе?

4. Как связаны между собой напряженность и индукции магнитного поля?

Лабораторная работа 9