Новости

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

Работа добавлена:






ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ на http://mirrorref.ru

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ

ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

Цель работы:   1) практическое изучение магнитного поля кругового тока и принципа суперпозиции полей;

2) экспериментальное определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.

Схема экспериментальной установки

ТГ –тангенс-гальванометр;

К –компас;

П –переключатель;

А –миллиамперметр;

Rреостат;

Uисточник постоянного напряжения

Описание установки и методики измерений

Основным элементом лабораторной установки является тангенс-гальванометрТГ, представляющий собой короткую катушку сравнительно большого радиусаr, витки которой расположены в вертикальной плоскости. В центре катушки на специальной горизонтальной площадке находится компасК. Катушка состоит изN витков провода, концы которого подсоединяются через переключательП к цепи источника постоянного напряженияU. Как видно из схемы, установка контакта переключателя в среднее положение оставляет цепь разомкнутой, а фиксация его в левом и правом положениях замыкает цепь, причем направление тока через катушку в этих случаях будет противоположным. Для изменения величины тока в цепь источника включен реостатR, а для измерения силы тока служит миллиамперметрА.

Как известно, протекание тока по проводнику создает в окружающем пространстве магнитное поле. Так как длина катушки во много раз меньше радиусаr, ее можно рассматривать как один круговой виток, по которому течет ток

Iв =NI,                                                      (1)

гдеI – сила тока во внешней (по отношению к катушке) цепи. Из закона Био-Савара-Лапласа следует, что индукция магнитного поляВк в центре кругового витка радиусомr при протекании по нему токаIв равна по модулю

,                                                 (2)

где0 – магнитная постоянная;относительная магнитная проница-емость среды. В воздухе  1; таким образом, с учетом соотношения (1) формула (2) примет вид

.                                                 (3)

В дальнейшем величинуВк будем называть индукцией магнитного поля катушки. Направление вектораВк связано с направлением тока правилом правого винта (буравчика), т.е.Вк направлен вдоль оси катушки.

Когда электрическая цепь разомкнута, магнитная стрелка компасаК находится под воздействием единственного внешнего магнитного поля – поля Земли. При этом стрелка ориентирована вдоль магнитного меридиана, совпадающего с направлением горизонтальной составляющейВ0 индукции магнитного поля Земли. Перед началом измерений необходимо установить плоскость катушки параллельно магнитному меридиану; в этом случае направление стрелки перпендикулярно оси катушки.

При замыкании цепи по катушке течет ток, и магнитная стрелка оказывается под влиянием двух полей: поля Земли с индукциейВ0 и поля катушки с индукциейВк . Согласно принципу суперпозиции индукция результирующего магнитного поля

В =В0 +Вк .

Стрелка компаса ориентируется в направлении результирующего поля, т.е. отклоняется от первоначального направления на некоторый угол (рис. 20). На рис. 21 показано взаимное расположение векторовВ,Вк иВв горизонтальной плоскости, проходящей через центр катушки.

                                 Рис. 20                                                                    Рис. 21

При условии начальной ориентации плоскости катушки параллельно магнитному меридиану векторыВ0 иВк взаимно перпендикулярны; как видно из рисунка, их модули в этом случае связаны соотношением

Вк = Вtg ,

откуда, с учетом (3),

.                                                  (4)

Таким образом, с помощью тангенс-гальванометра можно экспериментально определить величину горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли. Для этого необходимо знать радиусr и число витковN катушки, а также измерить силу токаI и соответствующий угол отклонения магнитной стрелки. С целью получения более достоверного результата следует повторить опыт несколько раз при различных значениях силы токаI. При этом величины,N иr не изменяются, и формулу (4) целесообразно представить в виде

,                                               (5)

где

.                                                  (6)

Точно установить плоскость катушки параллельно магнитному меридиану практически невозможно. Для того чтобы уменьшить возникающую из-за этого ошибку, нужно при одной и той же величине токаI измерять углы отклонения стрелки 1 и 2 , соответствующие противоположным направлениям тока через катушку, а в формулу (5) подставлять среднее значение угла

.                                               (7)

Порядок измерений и обработки результатов

1. Ознакомьтесь с лабораторной установкой. Запишите в тетрадь значения радиуса катушкиr (в метрах) и числа витковN. По формуле (6) рассчитайте константуС; ее значение (вГн/м2) также запишите в тетрадь.

2. Определите класс точностиКА , предел измеренияImax и цену деления миллиамперметра. Научитесь снимать показания этого прибора. Рассчитайте абсолютную приборную погрешность измерения силы тока I. ЗначенияКА ,Imax и I запишите в тетрадь.

3. На площадке в центре катушки тангенс-гальванометра установите компасК. Расположите его таким образом, чтобы линия С – Ю или 0 – 180 лежала в плоскости катушки перпендикулярно ее оси.

4. Определите цену деления компаса и научитесь снимать углы отклонения стрелки в обоих направлениях от нулевого деления. Оцените абсолютную приборную погрешность  и, выразив еев радианах, запишите в тетрадь.

5. Освободите стрелку компаса. Поверните плоскость катушки так, чтобы стрелка компаса установилась на нулевом делении.

6. Соберите электрическую схему установки. Расположите ее детали таким образом, чтобы реостат был как можно дальше от тангенс-гальванометра. Проверьте, не нарушилась ли установленная ранее ориентация компаса и плоскости катушки.

7. Установите переключатель в среднее положение. Введите реостатR полностью. Предъявите собранную схему для проверки; под руководством преподавателя или лаборанта включите установку в сетьпостоянного тока.

8. Замкните контакт переключателя в одно из крайних положений. Перемещая движок реостата и наблюдая за показаниями компаса, установите рекомендуемое значение угла поворота стрелки 1 . По показаниям миллиамперметра определите соответствующее значение силы токаI. Не меняя величины тока, измените его направление, перекинув контакт переключателя в противоположное положение. Определите угол отклонения 2 . ЗначенияI (в амперах), 1 и 2 (в градусах) занесите в соответствующие столбцы таблицы.

Номер опыта

I, A

 1 , град.

 2 , град.

  , град.

tg

В,мкТл

В,мкТл

(В)2, (мкТл)2

1

п

 =

 =

9. Увеличивая значение угла 1 на заданную величину, повторите действия, описанные в п. 8, не менее шести (п  7) раз.

10. Используя выражение (7), для каждого опыта найдите среднее значение угла поворота ; с помощью микрокалькулятора или таблиц определитеtg . Результаты запишите в таблицу.

11. По формуле (5) вычислите для каждого из опытов величину горизонтальной составляющей индукции магнитного поля ЗемлиВ0 и занесите ее в таблицу, выразив вмкТл.

12. Рассчитайте сумму найденных значенийВ0 и определите среднее значение .

13. Выполните все расчеты, необходимые для оценки случайной погрешности измеренияsB0 . Найдите величинуsB0 , задаваясь доверительной вероятностью = 0,95.

14. Оцените абсолютную приборную погрешность косвенного измерения В0 по формуле

.

15. Оцените полные абсолютную и относительнуюЕ погрешности. Сделав необходимые округления, запишите окончательный результат измерения.

Контрольные вопросы

1. Магнитное поле. Закон Био-Савара-Лапласа.

2. Индукция магнитного поля кругового тока. Принцип суперпозиции.

3. Оценка погрешностей измерения.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ на http://mirrorref.ru


Похожие рефераты, которые будут Вам интерестны.

1. Реферат Определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли

2. Реферат Определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли

3. Реферат ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

4. Реферат Измерение горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля Земли

5. Реферат ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

6. Реферат Определение горизонтальной составляющей напряжённости магнитного поля Земли

7. Реферат ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

8. Реферат Определение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля земли

9. Реферат Определение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли

10. Реферат ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ВЕКТОРА НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ