ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ
ВЕКТОРА ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ Цель работы:определить горизонтальную составляющую вектора индукции магнитного поля Земли с помощью тангенс-гальванометра. I. Описание установки. Для нахождения в данной работе применяют тангенс-гальванометр Гельмгольца (вид его сверху дан на рис. 8.1). Основными частями прибора являются: 1) плоская вертикально расположенная катушка, имеющая витков и радиус ; 2) компас, расположенный горизонтально в центре катушки. 3) амперметр; 4) магазин сопротивлений; 5) переключатель; 6) источник ЭДС. Очевидно, что при отсутствии тока в катушке магнитная стрелка будет расположена вдоль магнитного меридиана (это положение показано на рис. 8.1 пунктиром).
Рис. 8.1. Схема тангенс-гальваноментра
Катушка тангенс-гальванометра представляет собой плоскую катушку Гельмгольца. (Генрих Людвиг Фердинанд Гельмгольц (1821-1894) – великий немецкий физик, математик, физиолог и психолог; работы по термодинамике, электромагнетизму, оптике и акустике связаны с его биофизическими исследования зрения, слуха и др.) Чтобы провести измерения, пользуются электрической схемой, представленной на рис. 8.2.
Рис. 8.2. Электрическая принципиальная схема включения тангенс-гальванометра.
Здесь Е - источник питания, А - амперметр, G - тангенс-гальванометр, К - ключ, r - магазин сопротивлений, П - переключатель. II. Методика работы. Предположение, что Земля является большим постоянным магнитом, впервые высказал придворный врач английской королевы У. Гильберт (1544-1603). Земля имеет магнитное поле, по своей структуре напоминающее магнитное поле однородного магнитного шара (рис. 8.3). Рис. 8.3.Условная схема образования магнитного поля Земли В точке , расположенной в северном полушарии, линии вектора входят в поверхность Земли. Эту точку называют южным магнитным полюсом Земли. Соответствующую точку , находящуюся в южном полушарии, называют северным магнитным полюсом. Направление не совпадает с осью вращения Земли, на которой находятся географические полюсы и . Угол, образованный магнитным и географическим меридианами, называют углом склонения. Он различен для разных точек Земли и несколько меняется во времени (за счет нутации (изменения положения) оси вращения Земли и миграции магнитных полюсов). Из рис. 8.3 на примере точки, расположенной в северном полушарии видно, что вектор магнитного поля Земли образует с поверхностью Земли угол , называемый углом наклонения. Соответственно этому вектор индукции раскладывают на две составляющие: – перпендикулярную к поверхности Земли и – параллельную поверхности Земли. Это имеет важное прикладное значение, так как стрелка компаса вращается в горизонтальной плоскости и реагирует только на . Плоская катушка тангенс-гальванометра, содержащая витков, создает поле кольцевого тока. На основе формулы (IV.10) и принципа суперпозиции (IV.4) легко вывести, что величина индукции создаваемого катушкой поля: , (8.1) где – магнитная постоянная (в системе СИ = 4π×10–7 Гн/м); – сила тока; – общее число витков катушки; – радиус катушки. Если теперь через обмотку катушки пропускать ток, то на стрелку компаса будут действовать два взаимно перпендикулярных магнитных поля: горизонтальная составляющая магнитного поля Земли и поле , созданное током. Поэтому стрелка повернется и, поколебавшись, установится, в соответствии с принципом суперпозиции, в направлении вектора индукции результирующего магнитного поля: , (8.2) составляющего угол α с магнитным меридианом (см. рис. 8.1). Из соотношения катетов видно, что . (8.3) Тогда, с учетом формулы (8.1), для определения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли с помощью тангенс-гальванометра получаем следующую расчетную формулу: , (8.4) или , (8.5) где для удобства расчетов постоянную установки (8.6) рассчитывают один раз и используют при расчете каждого В0i.
Популярное: Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (547)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |