ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Теоретические положенияИзучение магнитного поля Земли имеет важное практическое и научное значение. С давних времен известен компас – прибор, в котором используется магнитное поле Земли, который дает возможность ориентироваться относительно сторон света. Наличие магнитного поля Земли имеет также ряд других важных применений. Из них следует, особенно отметить методы поисков и исследования месторождений железа. Магнитное поле Земли имеет такой вид, как будто земной шар представляет собой магнит с осью, направленной приблизительно с севера на юг. В северном полушарии все магнитные силовые линии сходятся в точке называемой южным магнитным полюсом Земли. В южном полушарии точка схождения силовых линий называется северным магнитным полюсом Земли. Положение полюсов меняется из года в год. И, кроме того, совершаются небольшие суточные периодические колебания. Нужно заметить, что точка схождения силовых линий земного магнитного поля лежит не на самой поверхности Земли, а под ней. Расстояние между ними равно 2300 км, тогда как диаметр Земли – свыше 12000 км. Магнитные полюсы Земли не совпадают с ее географическими полюсами. Магнитная ось Земли, т.е. прямая, проходящая через оба магнитных полюса Земли, не проходит через ее центр и, таким образом, не является земным диаметром. Так как магнитные и географические полюсы Земли не совпадают, то магнитная стрелка указывает направление север-юг только приблизительно. Плоскость, в которой устанавливается магнитная стрелка, называют плоскостью магнитного меридиана. Угол между направлениями магнитного и географического меридианов называют магнитным склонением. Силовые линии земного магнитного поля, вообще говоря, не параллельны поверхности Земли. Это означает, что вектор индукции магнитного поля Земли не лежит в плоскости горизонта данного места, а образует с этой плоскостью некоторый угол. Этот угол называется магнитным отклонением. На практике оказывается наиболее удобным измерять горизонтальную составляющую земного магнитного поля. Поэтому чаще всего величину магнитной индукции магнитного поля, в том или ином месте Земли характеризуют величиной ее горизонтальной составляющей. Для измерения В 0 применяется прибор, называемый тангенс-гальванометром. Он представляет собой кольцо, на которое наматывается несколько витков проволоки. В центральной части кольца в горизонтальной плоскости помещается магнитная стрелка с лимбом (рис.52.).
При отсутствии тока в обмотке тангенс-гальванометра магнитная стрелка устанавливается под действием горизонтальной составляющей магнитного поля Земли в плоскости магнитного меридиана, в этой же плоскости необходимо расположить кольцо тангенс-гальванометра, т.е. параллельно стрелке. При пропускании тока по виткам прибора в центре кольца создается магнитное поле, вектор индукции которого перпендикулярен плоскости кольца и, следовательно, перпендикулярен вектору индукции горизонтальной составляющей магнитного поля Земли В 0 (рис. 53). Стрелка тангенс-гальванометра отклонятся на угол и расположится вдоль равнодействующих обоих полей. Из рис. 53 вытекает равенство:
Таким образом, зная угол отклонения магнитной стрелки и величину индукции магнитного поля, создаваемого витками тангенс-гальванометра, можно вычислить индукцию горизонтальной составляющей магнитного поля Земли:
Величина В в центре витков может быть вычислена с помощью закона Био-Савара-Лапласа, согласно которому индукция поля, создаваемая достаточно малым проводником с током, равна
где – длина участка проводника, I – сила тока, протекающего по нему, r – расстояние от участка проводника до точки, в которой вычисляется индукция .
Направление определяется правилом правого винта. Индукция магнитного поля, создаваемая любым участком тока в центре кольца, по которому течет ток I, согласно закону Био-Савара-Лапласа равна (рис. 54)
Так как все элементы кругового контура находятся на одинаковом расстоянии от центра, то по принципу суперпозиции, индукция в центре кольца будет равна сумме индукций, создаваемых каждым участником , т.е. или переходя к интегрированию с учетом того, что l меняется от 0 до , получим:
Окончательно найдено выражение для нахождения магнитной индукции в центре кругового витка
Если поле создается катушкой из N витков, то его индукция будет равна
при условии, что толщина обмотки . Подставив (10.2) в (10.1), получим формулу для вычисленной горизонтальной составляющей магнитного поля земли
Величина
называется постоянной тангенс-гальванометра. Она определяется параметрами R и N. С учетом (10.4) формула (10.3) может быть переписана в виде:
Описание установки Состав работы: – тангенс-гальванометр – 1 шт. – реостат – 1 шт. – двухполюсный переключатель – 1 шт. – источник постоянного тока – 1 шт. – амперметр – 1 шт. Выполнение работы 10.4.1. Подготовка к работе 1. Собрать электрическую схему, согласно рис. 55.
2. Установить плоскость витков тангенс-гальванометра параллельно магнитной стрелке (в плоскости магнитного меридиана). 3. Включить источник тока (ключ должен быть разомкнут). 10.4.2. Определение горизонтальной составляющей 1. Замкнуть ключ и определить угол отклонения стрелки. 2. Изменить направление тока переключателем К и определить угол отклонения магнитной стрелки в противоположную сторону. 3. Таким образом, проведите 6 измерений угла при одном и том же токе I в катушке тангенс-гальванометра путем размыкания-замыкания ключа. Результаты измерений занесите в табл. 18.
Таблица 18. Значения индукции магнитного поля Земли
4. По формуле (10.3) и (10.4) рассчитайте горизонтальную составляющую магнитной индукции поля Земли и постоянную тангенс-гальванометра. 5. Найти абсолютную и относительную погрешность измерений. 10.4.3. Определение горизонтальной составляющей 1. Замкнуть ключ и определить угол отклонения стрелки. 2. Изменить направление тока переключателем К и определить угол отклонения магнитной стрелки в противоположную сторону. 3. Изменить силу тока в цепи при помощи реостата. 4. Повторить пп. 1 – 3 не менее 5 раз. Результаты занести в табл. 19. 5. Изменить число витков в катушке переставив провод в тангенс-гальванометре в другое гнездо и проделать пп. 1 – 4. Результаты занести в табл. 19.
Таблица 19. Значения индукции магнитного поля Земли
6. По формуле (10.4) рассчитать . 7. Построить график зависимости от I. 8. Определить угловые коэффициенты b на графике зависимости от I при разных значениях числа витков N катушки. 9. По найденным значениям угловых коэффициентов b определить горизонтальную составляющую магнитной индукции по формуле . Результат записать в табл. 19. 10. Найти абсолютную и относительную погрешность измерений. Контрольные вопросы 1. Что такое магнитные полюсы Земли и как они расположены? 2. Что такое плоскость магнитного меридиана? 3. Как устроен тангенс-гальванометр? Каков его принцип работы? 4. Сформулируйте закон Био-Савара-Лапласа. 5. Сформулируйте принцип суперпозиции полей? 6. Перечислить характеристики магнитного поля и их единицы измерения в системе СИ. 7. Выведите формулу индукции магнитного поля в центре кругового тока. Список литературы 1. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.3. Электричество и магнетизм. Колебания и волны. Волновая оптика. – СПб.: Изд-во «Лань», 2007. – 480 с. 2. Трофимова Т. И. Курс физики. – М.: «Академия», 2006. – 560 с. 3. Детлаф А. А., Яворский Б.М. Курс физики: Учебное пособие для втузов. М.: «Академия», 2007 – 720 с. 4. Айзенцон А.Е. Курс физики. – М.: «Высшая школа», 2009. – 374 с. 5. Павленко Ю.Г. Начала физики. – М.: «Экзамен», 2005. – 862 с. 6. Яворский Б.М. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов. – М.: «Оникс», 2006. – 1056 с. Составители: Вагапова Ирина Мунировна Мухаметшин Салават Мидхатович
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ по дисциплине «Физика»
Подписано в печать __.__.2011. Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Печать плоская. Гарнитура Times. Усл. печ. л.. Усл.-кр.-отт. 3,5. Уч.-изд. л.. Тираж 150 экз. Заказ № ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет Центр оперативной полиграфии УГАТУ [Т1]Нужно сразу разобраться с действующими и амплитудными значениями ЭДС Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|