Главная

Популярная публикация

Научная публикация

Случайная публикация

Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Теоретические положения




Изучение 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.).

Рис. 52. Принципиальная схема тангенс-гальванометра: 1 – деревянное кольцо, 2 – витки проволоки, 3 – буссоль, 4 – магнитная стрелка, 5 – указатель, 6 – направляющая, 7– регулировочный винт  

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:

Рис. 53. Расположение результирующего вектора магнитной индукции  

 

.

Таким образом, зная угол отклонения магнитной стрелки и величину индукции магнитного поля, создаваемого витками тангенс-гальванометра, можно вычислить индукцию горизонтальной составляющей магнитного поля Земли:

. (10.1)

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 .

Рис. 54. Кольцо, создаваемое магнитное поле в точке О  

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

, (10.2)

при условии, что толщина обмотки .

Подставив (10.2) в (10.1), получим формулу для вычисленной горизонтальной составляющей магнитного поля земли

. (10.3)

Величина

(10.4)

называется постоянной тангенс-гальванометра. Она определяется параметрами R и N. С учетом (10.4) формула (10.3) может быть переписана в виде:

. (10.5)

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.

Рис. 55. Схема лабораторной работы  

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
индукции магнитного поля Земли методом
косвенных измерений

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
найденные методом косвенных измерений

I, А , мкТл , мкТл
                 
         
           

 

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
индукции магнитного поля Земли методом
совместных измерений

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
найденные методом косвенных измерений

N I, А
                 
         
         
           
         
       

 

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

 
450000, Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12

[Т1]Нужно сразу разобраться с действующими и амплитудными значениями ЭДС






Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных