Магнетизм - файл n1.doc

Магнетизм
скачать (637.6 kb.)
Доступные файлы (14):
n1.doc239kb.23.10.2003 12:07скачать
n2.doc34kb.17.04.2006 15:39скачать
n3.doc224kb.10.04.2006 12:36скачать
n4.doc439kb.23.10.2003 10:49скачать
n5.doc27kb.29.03.2004 14:28скачать
n6.doc207kb.29.03.2004 16:13скачать
n7.doc29kb.09.04.2004 10:39скачать
n8.doc203kb.08.04.2004 13:45скачать
n9.doc174kb.18.02.2003 17:00скачать
n10.doc37kb.01.06.2007 12:46скачать
n11.doc241kb.01.06.2007 12:45скачать
n12.doc51kb.24.10.2003 14:42скачать
n13.doc311kb.05.01.2004 18:36скачать
n14.doc339kb.14.07.2003 13:42скачать

n1.doc



Министерство образования Российской Федерации

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ


ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ

СОСТАВЛЯЮЩЕЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

Методические указания

к лабораторной работе № 47

по курсу общей физики


Уфа 2001

Министерство образования Российской Федерации

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра общей физики


ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ

СОСТАВЛЯЮЩЕЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

Методические указания

к лабораторной работе № 47

по курсу общей физики

Уфа 2001

Составитель: С. А. Шатохин

Определение горизонтальной составляющей магнитного поля земли. Методические указания к лабораторной работе № 47 / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; Cост.: С. А. Шатохин. -Уфа, 2001. - 10 c.


Методические указания предназначены для студентов, изучающих раздел курса общей физики «Электричество и магнетизм». Приведены основные положения геомагнетизма и методика экспериментального определения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли с помощью тангенс гальванометра.


Табл. 1 . Ил. 4. Библиогр.: 2 назв.
Рецензенты: В.Р. Строкина

Ф.Ш. Шарифьянов

Содержание
стр

1 Цель работы 4

2 Теоретическая часть 4

2.1 Магнитное поле Земли 4

2.2 Магнитное поле кругового тока 5

2.3 Метод определения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли 6

3 Описание установки и методики измерений 7

4. Требования по технике безопасности 9

5. Порядок выполнения работы 9

6. Требования к отчету 10

7.Контрольные вопросы 10

Список литературы 10


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 47
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

1 Цель работы



Целью данной работы является изучение магнитного поля кругового тока, определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли, расчет постоянной тангенс гальванометра.

2 Теоретическая часть




2.1 Магнитное поле Земли



Земной магнетизм (геомагнетизм) – это свойство Земли как небесного тела, обусловленное существованием вокруг нее магнитного поля. Магнитное поле Земли проявляется нагляднее всего своим действием на магнитную стрелку: свободно подвешенная магнитная стрелка устанавливается в каждой точке Земли в определенном положении, на чем и основано устройство компаса.

Магнитное поле Земли представляет собой магнит с осью, направленной приблизительно с севера на юг. Причем в северном полушарии находится южный магнитный полюс, а в южном полушарии – северный магнитный полюс. Магнитная ось, то есть прямая, проходящая через оба магнитных полюса, наклонена примерно на 11 по отношению к оси вращения Земли и не проходит через центр земного шара. Поскольку 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 в общем случае не являются параллельными поверхности Земли. Поэтому вектор индукции магнитного поля в каждой точке земной поверхности составляет некоторый угол с плоскостью горизонта. Этот угол называется магнитным наклонением. Магнитное наклонение зависит от широты местности и изменяется от 0 до 90 при переходе из области магнитного экватора к магнитным полюсам Земли. На практике оказывается наиболее удобным измерять горизонтальную составляющую земного магнитного поля. Поэтому чаще всего величину магнитной индукции этого поля в той или иной точке Земли характеризуют величиной ее горизонтальной составляющей .

2.2 Магнитное поле кругового тока



Д
ля измерения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли используется прибор, называемый тангенс гальванометром, основным элементом которого является круговой виток с током, расположенный в вертикальной плоскости. В центральной части кольца в горизонтальной плоскости помещается магнитная стрелка с лимбом (рисунок 2.1).




Рисунок 2.1

Величину и направление вектора индукции в центре кругового витка с током можно определить, используя закон Био-Савара-Лапласа, математическое уравнение которого имеет вид:


или в скалярной форме:



где – магнитная постоянная;

I – сила тока в проводнике;

– вектор, совпадающий с направлением тока и равный по величине длине участка проводника;

– радиус-вектор, проведенный от элемента тока в точку, где определяется индукция поля ;

– угол между векторами и .

Закон Био-Савара-Лапласа выражает вклад в магнитное поле от отдельного малого участка dl проводника с током. Вектор в точке наблюдения перпендикулярен плоскости, в которой лежат вектора и , а его направление определяется правилом векторного произведения векторов: если вращать правый винт от первого вектора ко второму , то движение винта укажет направление векторного произведения [·].

Вектор магнитной индукции в центре витка с током будет определяться, в соответствии с принципом суперпозиции, векторной суммой полей создаваемых каждым элементом тока (рисунок 2.2):


Поскольку все вектора от каждого участка направлены одинаково – перпендикулярно плоскости витка (за чертеж), то результирующий вектор будет иметь то же направление. Его величину можно найти, вычислив сумму:



Учитывая, что



окончательно получим




В тангенс гальванометре поле создается катушкой из n витков, поэтому индукция в центре кольца определяется следующим образом :




2.3 Метод определения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли



Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли с помощью тангенс гальванометра основано на сравнении величины с индукцией магнитного поля тангенс гальванометра в центре катушки. Действительно, при отсутствии тока в обмотке тангенс гальванометра магнитная стрелка под действием горизонтальной составляющей устанавливается в плоскости магнитного меридиана. Если совместить с этой же плоскостью плоскость кольца тангенс гальванометра, то при отсутствии тока по виткам прибора создается магнитное поле, вектор индукции которого в центре кольца будет перпендикулярен вектору (рисунок 2.3).



При этом магнитная стрелка тангенс гальванометра повернется на угол  и расположится вдоль результирующего вектора


Рисунок 2.3
Из рисунка 2.3 следует, что



Таким образом, зная угол отклонения магнитной стрелки и величину индукции магнитного поля, создаваемого витками тангенс гальванометра, можно вычислить горизонтальную составляющую магнитного поля Земли:



или, принимая во внимание (2.7)


где



называется постоянной тангенс гальванометра.

3 Описание установки и методики измерений




Экспериментальная установка представлена на рисунке 3.1.


Рисунок 3.1

Экспериментальная установка состоит из вертикально расположенного кольца из немагнитного материала, радиусом R=9,5 см, на которое намотано несколько витков проволоки, образующих две катушки .

В ходе проведения измерений необходимо, чтобы плоскость кольца тангенс гальванометра совпадала с плоскостью магнитного меридиана. Для этого его необходимо установить так, чтобы магнитная стрелка была расположена по диаметру кольца. Для уменьшения погрешности измерений, связанных с точностью такой установки тангенс гальванометра, угол отклонения магнитной стрелки следует определять при двух направлениях тока в обмотке прибора. В лабораторной установке измерение направления тока осуществляется ключом (рис 3.1). Тогда, измеряя ' – угол отклонения в одном направлении и угол '' – в противоположенном, величина угла отклонения определяют как среднее значение ' и ''. Число витков в обмотке тангенс гальванометра устанавливается переключателем .

По окончании измерений, величина горизонтальной составляющей магнитного поля Земли рассчитывается по формулам (2.11) и (2.12).

4. Требования по технике безопасности



4.1. Прежде чем приступить к работе, внимательно ознакомьтесь с заданием и оборудованием.

4.2. Проверьте заземление лабораторной установки и изоляцию токонесущих проводов.

4.3. Немедленно сообщите преподавателю или лаборанту о замеченных неисправностях.

4.4. Не загромождайте свое рабочее место оборудованием, не относящейся к выполняемой работе.

4.5. Не оставляйте без присмотра свою лабораторную установку, это может привести к несчастному случаю.

4.6. По окончании работы приведите в порядок свое рабочее место. Обесточьте все лабораторные приборы.

4.7. Запрещается уходить из лаборатории без разрешения преподавателя.

5. Порядок выполнения работы



5.1. Установить плоскость витков тангенс гальванометра в плоскости магнитного меридиана параллельно магнитной стрелке.

5.2. После проверки установки преподавателем установить значение силы тока в цепи тангенс гальванометра.

5.3. По указанию преподавателя установить значение силы тока в цепи тангенс гальванометра.

5.4. Измерить углы отклонения ' и '' магнитной стрелки при двух направлениях тока в катушке тангенс гальванометра.

5.5. Полученные значения занести в таблицу.

5.6. Повторить пп. 5.3–5.5 для других значений силы тока не менее трех и при разном числе витков.

5.7. Вычислить постоянную тангенс гальванометра и величину горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.

5.8. Вычислить абсолютную и относительную погрешности определяемых величин.

Таблица 1

Число витков

Сила тока

Углы отклонения

Постоянная прибора

Горизонтальная составляющая







'

''

ср





























6. Требования к отчету



Отчет по лабораторной работе должен содержать:

  1. название и номер лабораторной работы;

  2. основные формулы для выполнения расчетов;

  3. таблицу с результатами измерений и вычислений;

  4. выводы по работе.


  1. Контрольные вопросы



7.1. Что такое плоскость магнитного меридиана?

7.2. Как устроен тангенс гальванометр и каков принцип его работы?

7.3. Как формулируется закон Био-Савара-Лапласа?

7.4. Каким образом определяется направление индукции магнитного поля, создаваемого элементом тока?

7.5. Сформулируйте принцип суперпозиции полей.

7.6. Каким образом можно получить выражение для расчета индукции магнитного поля в центре кругового проводника с током?

7.7. В чем заключается принцип работы тангенс – гальванометра?

Список литературы





  1. Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 2. - М. : Наука. Физмат, 1998.

  1. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1999.


Составитель: ШАТОХИН СЕРГЕЙ АЛЕКСЕЕВИЧ


ОПРЕДЕЛЕНИЕ

ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ

МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторной работе № 47

Редактор Г.Р. Юнусова

ЛБ № 020258 от 01.01.98

Подписано к печати 31.08.01. Формат 80 х 64 1/16.

Бумага оберточная. Печать плоская. Усл. печ. л. 2,5.

Усл.-кр.-отт. 0,7. Уч-изд.л. 0,6. Тираж 300 экз.

Заказ № . Бесплатно.
Уфимский государственный авиационный технический университет.

Уфимская типография № 2 Министерства печати и массовой информации Республики Башкортостан
450000, Уфа-центр, ул. К.Маркса, 12

Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации