![]() Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
![]() Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
![]() |
Индукции магнитного поля Земли. Цель работы: определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли при помощи тангенс-буссоли
Цель работы: определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли при помощи тангенс-буссоли. Приборы и оборудование: тангенс-буссоль, миллиамперметр, резистор, источник питания, коммутатор.
Теоретические сведения
Подобно тому как в пространстве, окружающем электрические заряды, возникает электростатическое поле, в пространстве, окружающем токи и постоянные магниты, возникает силовое поле, называемое магнитным. Особенностью магнитного поля является то, что оно действует только на движущиеся электрические заряды. Характер влияния магнитного поля на электрический ток зависит от формы проводника, его расположения и направления тока. При исследовании магнитного поля используются магнитная стрелка или замкнутый плоский контур с током (рамка с током), размеры которого малы по сравнению с расстоянием до проводника с током, образующего магнитное поле. Ориентация контура характеризуется направлением нормали к нему. В качестве положительного принимается направление, связанное с правилом правого винта, т.е. направление поступательного движения винта, головка которого вращается в направлении тока, идущего по рамке (рис. 1а). За направление магнитного поля в данной точке принимается направление, вдоль которого располагается положительная к рамке нормаль. Рамка с током в магнитном поле испытывает ориентирующее влияние поля, т.к. на нее действует пара сил (Рис. 1б). Вращающий момент сил определяется векторным произведением
Рис. 1
Силовой характеристикой поля служит индукция магнитного поля, Магнитная индукция в данной точке однородного магнитного поля определяется отношением максимального вращающего момента, действующего на рамку с током к величине магнитного момента этой рамки.
где I - сила тока; S - площадь контура; Линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора Линии индукции магнитного поля, созданного катушкой с током, показаны на рис. 3. Рис. 2 Рис. 3
Эти линии всегда замкнуты и охватывают проводники с током. Поле, обладающее замкнутыми силовыми линиями, называется вихревым. Магнитное поле постоянных токов изучалось Био и Саваром; окончательная формулировка найденного ими закона принадлежит Лапласу. Поэтому этот закон носит название закона Био-Савара-Лапласа. Рис. 4
Закон Био-Савара-Лапласа для проводника с током I, элемент
где Модуль вектора В определяется выражением
где Для магнитного поля справедлив принцип суперпозиции: магнитная индукция результирующего поля, создаваемого несколькими токами или движущимися зарядами, равна векторной сумме магнитных индукций полей, создаваемых каждым током или движущимся зарядом в отдельности. Согласно принципу суперпозиции
Если распределение тока симметрично, то применение закона Био-Савара-Лапласа совместно с принципом суперпозиции позволяет довольно просто рассчитать индукцию магнитного поля. Так, магнитная индукция в центре кругового проводника с током равна
где R – радиус кривизны проводника. Магнитная индукция поля, создаваемого бесконечно длинным прямым проводником с током, –
где r – расстояние от оси проводника до точки. Согласно предположению Ампера в любом теле существуют микроскопические токи (микротоки), обусловленные движением электронов в атомах. Они создают свое магнитное поле и ориентируются в магнитных полях макротоков. Макроток - это ток в проводнике под действием ЭДС или разности потенциалов. Вектор магнитной индукции
где μ0 - магнитная постоянная; μ- магнитная проницаемость среды, показывающая, во сколько раз магнитное поле макротоков усиливается или ослабляется за счет микротоков среды. Иначе говоря, μ показывает, во сколько раз вектор индукции магнитного поля в среде больше или меньше, чем в вакууме. Единица напряженности магнитного поля - А/м. 1А/м - напряженность такого поля, магнитная индукция которого в вакууме равна Магнитным полюсом Земли называют ту точку на ее поверхности, в которой свободно подвешенная магнитная стрелка располагается вертикально. Положения магнитных полюсов подвержены постоянным изменениям, что обусловлено внутренним строением нашей планеты. Поэтому магнитные полюса не совпадают с географическими. Южный полюс магнитного поля Земли расположен у северных берегов Америки, а Северный полюс - в Антарктиде. Схема силовых линий магнитного поля Земли показана на рис. 5 (пунктиром обозначена ось вращения Земли): Рис. 5
Направление силовых линий магнитного поля Земли определяется с помощью магнитной стрелки. Если свободно подвесить магнитную стрелку, то она установится по направлению касательной к силовой линии. Так как магнитные полюсы находятся внутри Земли,магнитная стрелка устанавливается не горизонтально, а под некоторым углом α к плоскости горизонта. Этот угол α называют магнитным наклонением. С приближением к магнитному полюсу угол α увеличивается. Вертикальная плоскость, в которой расположена стрелка, называется плоскостью магнитного меридиана, а угол Вектор индукции магнитного поля Земли можно разделить на две составляющие: горизонтальную Значение Катушка расположена в вертикальной плоскости. Она создает добавочное магнитное поле В центре катушки помещается магнитная стрелка 2. Она должна быть небольшой, чтобы можно было принимать индукцию, действующую на ее полюсы, равной индукции в центре кругового тока. Плоскость контура катушки устанавливается так, чтобы она совпадала с направлением стрелки и была перпендикулярна горизонтальной составляющей земного поля Рис. 6
Из рис. 6 видно, что
Индукция магнитного поля катушки в центре –
где N - число витков катушки; I - ток, идущий по ней; R - радиус катушки. Из (6) и (7) следует, что Или
Важно понять, что формула (8) является приближенной, т.е. она верна только в том случае, когда размер магнитной стрелки намного меньше радиуса контура R. Минимальная ошибка при измерении фиксируется при угле отклонения стрелки ≈45°. Соответственно этому и подбирается сила тока в катушке тангенс-буссоли.
Порядок выполнения работы
1.Установить катушку тангенс-буссоли так, чтобы ее плоскость совпала с на 2. Собрать цепь по схеме (рис. 7). Рис. 7
3. Включить ток и измерить углы отклонения у концов стрелки Результаты измерений I и Таблица 1
4. Опыт повторить для 5-ти различных значений тока, но при условии, чтобы 5. По формуле (8) вычислить Вr - значение горизонтальной составляющей земного поля в системе СИ (для каждого значения силы тока). 6. Вычислить Вср. по формуле где n - число измерений.
7. Найти доверительную границу общей погрешности по формуле
Где 8. Результаты записать в виде выражения
Контрольные вопросы
1.Что называется индукцией магнитного поля? Какова единица ее измерения? 2. Что называется напряженностью магнитного поля? Какова ее связь с магнитной индукцией? 3. Сформулировать закон Био-Савара-Лапласа, вычислить на его основе индукцию магнитного поля в центре кругового тока, индукцию поля прямого 4. Как определяется направление индукции магнитного поля прямого и кругового токов? 5. В чем заключается принцип суперпозиции магнитных полей? 6. Какое поле называют вихревым? 7. Сформулируйте закон Ампера. 8. Расскажите об основных параметрах магнитного поля Земли. 9. Каким образом можно определить направление силовых линий магнитного 10.Почему измерение горизонтальной составляющей индукции магнитного по
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6
|