Geum.ru

Электричество и магнетизм

Методическое пособие - Физика

Другие методички по предмету Физика

?ерный полюс магнитной стрелки, подвешенной в северном полушарии, располагается несколько ниже южного полюса, а в южном полушарии наоборот (на глаз это незаметно). Такую ориентацию можно описать векторной суммой горизонтальной и вертикальной составляющих вектора индукции магнитного поля Земли (рис. 2). Вертикальную составляющую этого поля измеряют при помощи упомянутого выше инклинатора, а горизонтальную при помощи тангенс-гальванометра. В стрелочном инклинаторе главной частью является магнитная стрелка с горизонтальной осью, проходящей через центр тяжести стрелки. Если вертикальную плоскость качания стрелки совместить с плоскостью магнитного меридиана, магнитная ось стрелки устанавливается по направлению вектора напряженности магнитного поля. Магнитное наклонение отсчитывается по вертикальному кругу с делениями. Более точные индукционные инклинаторы позволяют измерить наклонение с точностью до 0,1?. В таком приборе индукционная катушка вращается вокруг оси, лежащей в плоскости ее витков. Прибор дает возможность ориентировать ось в любом направлении. Если она не совпадает с вектором напряженности магнитного поля Земли, то магнитный поток сквозь контур катушки при ее вращении меняется, и в ней индуцируется эдс. При совпадении оси вращения с направлением вектора напряженности поток сквозь ее контур остается постоянным, эдс не индуцируется, и включенный в цепь катушки чувствительный гальванометр не дает отклонений. Угол между горизонтальной плоскостью и осью катушки при отсутствии отклонений в гальванометре отсчитывается по вертикальному кругу, соединенному с осью катушки. Точные измерения показали, что в настоящее время горизонтальная составляющая вектора магнитной индукции B на поверхности планеты принимает значения от 0 до 41 мкТл, а полный вектор индукции B0 изменяется в пределах от +62 до 73 мкТл.

Магнитное поле Земли меняется и во времени. В настоящее время магнитное поле планеты убывает примерно на 1% каждые 10 лет.

 

Экспериментальная установка

 

Тангенс-гальванометр представляет собой короткую катушку большого диаметра, точно в центре которой располагается буссоль (компас). Размеры стрелки буссоли должны быть очень малы, что позволяет считать величину магнитного поля тока, действующего на концы стрелки, равной величине поля в центре кругового тока. По этой же причине катушка прибора должна быть как можно короче и как можно большего диаметра. Обмотка катушки представляет собой определённое число N витков медного провода и несколько отводов, сделанных через равное количество витков. Каждый отвод припаивается к отдельному гнезду на панели прибора, рядом с которым указывается соответствующее число витков. Перед началом измерений плоскость катушки тангенс-гальванометра располагают в плоскости магнитного меридиана планеты, после чего по обмотке прибора пропускают электрический ток. В результате стрелка оказывается под воздействием одновременно двух взаимно перпендикулярных полей: горизонтальной составляющей магнитного поля Земли Вг и поля ВI кругового тока катушки тангенс-гальванометра. При этом стрелка буссоли устанавливается вдоль вектора магнитной индукции результирующего поля.

.

Отсюда:

.(1)

Если катушка прибора содержит n витков, то индукция магнитного поля тока в центре катушки может быть определена по формуле:

,(2)

где R радиус катушки тангенс-гальванометра. Таким образом, с учётом (1) и (2), получаем:

.(3)

Относительная погрешность определения величины Вг по формуле (3) определяется суммой:

.(4)

Таким образом, измерения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли целесообразно производить при ? = 45, так как в этом случае, согласно (4), ошибка, связанная с неточностью определения угла ?, будет минимальной. При этом выражение (3) упрощается:

.(5)

 

Проведение эксперимента

 

Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.

  1. Соберите цепь по схеме, указанной на рис. 3.
  2. Включите в цепь

    витков катушки и установите её в плоскости земного меридиана.

  3. Включите источник питания, с помощью реостата, установите ток в цепи катушки такой величины

    , чтобы стрелка буссоли отклонилась на угол 45.

  4. При помощи переключателя П измените направление тока на противоположное и, откорректировав положение стрелки буссоли на угол 45, измерьте силу

    тока в цепи.

  5. Найдите среднее значение величин

    и : .

  6. Рассчитайте величину горизонтальной составляющей индукции магнитного поля планеты.
  7. Повторите все измерения, включая в цепь числа витков

    и .

  8. Рассчитайте среднее значение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли по формуле 5 и сравните полученный результат с табличным.
  9. Вычислите предельную относительную погрешность величины Вг по формуле 4 и абсолютную погрешность по формуле

    . При этом погрешность в определении тока определяется по классу точности прибора, а погрешность в определении радиуса катушки и угла ? оценивается экспериментатором самостоятельно.

  10. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 1.
    11. Таблица 1 №nI+, АI-, АIcр, АВi, ТлВср, Тл??В, Тл

Измерение магнитного поля соленоида тесламетром

  1. Включить в сеть измеритель магнитной индукции (тесламетр, рис. 4). При необходимости провести установку нуля тесламетра.
  2. Подать на обмотку соленоида ток I1 = 5 7 А от источника постоянного тока.
  3. Произвести изме