ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

Қ.И. Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық зерттеу университеті


Ә. Бүркітбаев атындағы Өнеркәсіптік инженерия институты

Инженериялық физика кафедрасы


№13 ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС
ЖЕРДІҢ МАГНИТ ӨРІСІ ИНДУКЦИЯСЫНЫҢ

ГОРИЗОНТАЛЬ ҚҰРАУШЫСЫН АНЫҚТАУ

Зертханалық сабаққа арналған әдістемелік нұсқау

Алматы 2018

ЖЕРДІҢ МАГНИТ ӨРІСІ ИНДУКЦИЯСЫНЫҢ ГОРИЗОНТАЛЬ ҚҰРАУШЫСЫН АНЫҚТАУ
Жұмыстың мақсаты: Жердің магнит өрісі индукциясының горизонталь құраушысын анықтау.

Құрал-жабдықтар: «Жердің магнит өрісі индукциясының горизонталь құраушысын анықтау» ЭиМ-М-Л5 моноблогы, «Тангенс-гальванометр» модулі.
1. ТЕОРИЯЛЫҚ КІРІСПЕ

Тоғы бар өте жіңішке өткізгіштегі шамасын ток элементі деп атайды. Электростатикада сыншы заряд қандай роль атқарса, магнетизмде ток элементі ұғымы сондай роль атқарады ( - өткізгіш бойымен бағытталған шексіз аз вектор).



1 сурет. Тогы бар өткізгішке әсер ететін күш.
Магнит өрісін – шынайы нақтылық деп есептейік. Мақсатымыз оны сипаттау, өлшеу және қолдану. Өрісті сипаттау үшін магнит өрісінің индукциясы деп аталатын векторлық шама енгізіледі.

Егер ток элементі орналасқан жерде индукциясы магнит өрісі бар болса, онда ол өткізгішке күшпен әсер етеді (1 сурет):

.

---

(1)

1. 
   өрнектен магнит индукция векторының өлшем бірлігін алуға болады:
   

. (2)

Бірақ, басқа анықтама қабылданған.

1 тесла – (ХБ жүйесінде) магнит өрісі индукциясының бірлігі, тоғы бар жазық контурға 1 А·м² магнит моменті, 1 Н·м максимал айналдырушы момент әсер ететін біртекті магнит өрісінің магнит индукциясына тең:
. (3)

Магнит өрісі шамасы ХБ жүйесінде – тесламен (Тл), ал СГС -те гаусспен (Гс) өрнектеледі.

Электростатикадағы сияқты магнитостатикада да магнит өрісінің кернеулігі деп аталатын қосымша вектор енгізіледі. Біртекті изотропты ортада:

, (4)

мұндағы μ – ортаның магнит өтімділігі деп аталатын, ортаның магниттік қасиетінің сипаты. Ол ортадағы өріс индукциясы вакуумдағы өріс индукциясынан неше есе артық екенін көрсетеді. μ₀– магниттік тұрақты, мәні мынаған тең:

μ₀=4π*10^-7 Гн/м. (5)
1 кесте

Шама	ХБЖ	СГС
Индукция	1 тесла=104Гс	1 гаусс=10-4 Тл
Кернеулік	1 ампер/метр=0,0126 Э	1 эрстед= 79,5775 А/м

Магнит өрісінің индукциясы және электр өрісінің кернеулігі, қозғалыстағы зарядталған бөлшекке әсер ететін – Лоренц күшін анықтайтын болғандықтан, электромагниттік өрістің негізгі сипаттамалары болып табылады, олар:
. (6)

Лоренц күшінің бағытын сол қол ережесімен анықтауға болады (2 сур.).



2 сурет. Лоренц күшін анықтау.
Лоренц күшінің магниттік құраушысының модулі мынаған тең:

F=|q| v B sinα, (7)

мұндағы α– магнит индукциясы мен жылдамдық векторлары арасындағы бұрыш. Жердің магнит өрісіндегі сәулеленумен қатар жүретін зарядталған бөлшектердің қозғалысын, биік енділікте байқалатын әдемі құбылыс – солтүстік (полярлы) шұғыла түсіндіріп береді.

---

Жердің магнит өрісі. Жердің өзінің магнит өрісі бар, Гилберттің тұжырымдамасы бойынша Жер – үлкен магнит. Жердің магнит өрісі 3R қашықтыққа дейін(R – Жер радиусы) полюсте өріс кернеулігі 55,7 А/м (0,70Э) болатын біртекті магниттелген шар өрісіне сәйкес келеді, және экваторда 33,4 А/м (0,42 Э). Геомагнитті өріс индукциясы 70 тен 40 мкТл-ға дейін магниттік полюстен экваторға қарай кемиді. Үлкен қашықтықтарда Жер өрісі күрделі құрылымға ие. Магниттік ось географиялық оське қарай 11,5° иілген.

Жердің магнит өрісі бар екендігі Жердің сұйық металл ядросындағы өтіп жатқан процестермен түсіндіріледі.

Жер магнетизмінің құраушылары. 3 сурет. Жер магнетизмінің құраушылары.

Берілген нүктедегі Жердің магнит өрісі шамасы туралы толық түсінікті, жер магнетизмінің элементтері деп аталатын үш шаманы біле отырып қана алуға болады: магнит өрісі индукциясының горизонталь құраушысы, магниттік еңкеюдің және магниттік иілудің мәндері. Магниттік еңкею (3 сур.) – жер беті нүктесіндегі географиялық және магниттік меридиан арасындағы D бұрыш. Егер магнит тілшесінің солтүстік ұшы географиялық меридианнан шығысқа қарай ауытқыса, онда магниттік еңкею оң болып саналады, ал егер батысқа қарай ауытқыса теріс болады.

Магниттік еңкею мәні магниттік карталарда көрсетіледі және магниттік компас көрсетуі бойынша нақты меридианды анықтауға қолданылады.

Магниттік иілу (3 сур.) – магниттік күштік сызықтар мен көлбеу жазықтық арасындағы I бұрышы. Жердің магниттік полюсінде, сонымен қатар үлкен магниттік аномалия аудандарында магниттік иілу 90°-қа тең. Магниттік күштік сызықтардың бағыты магниттік тілшенің (компас) көмегімен орнатылады. Егер магниттік тілшені ілу нүктесі ауырлық центрімен сәйкес келетіндей етіп жіпке ілсек, онда тілше Жердің магнит өрісінің күштік сызықтарына жанама бағытымен орналасады (3 сур. – Т бағыты). Орныққан магнит тілшесінің осі арқылы өтетін тік жазықтық геомагнитті меридиан жазықтығы деп аталады.

Горизонт жазықтығына магнит индукция векторының проекциясы магнит өрісі индукциясының горизонталь құраушысы болып табылады. Магнит индукциясы векторы сияқты, бұл проекция магниттік меридиан жазықтығында жатады.

---

векторының ОХ осіне проекциясы солтүстік құраушы деп аталады (В_х белгіленеді), ΟΥ осіне проекциясы шығыс құраушысы деп аталады (B_yбелгіленеді), ал OZ осіне проекциясы – тік құраушы деп аталады (B_z):

, . (8)

Егер магниттік тілше тік ось айналасында еркін айнала алатын болса, онда ол магниттік меридиан жазықтығында Жердің магнит өрісі индукциясының горизонталь құраушысы әсерінен орныққан болады.

Берілген жұмыста Жердің магнит өрісі индукциясының горизонталь құраушысын анықтау үшін тангенс-­гальванометр қолданылады.

Тангенс-гальванометр центрінде тік ось бойынша магниттік тілше орналасқан катушкадан тұрады. Тілше мөлдір қақпағы бар дөңгелек қорап ішінде еркін айнала алады (компас). Контур бойынша қорап түбі дөңгелек бұрыштық градустармен градуирленген шкаламен белгіленген.

Катушка N орамнан тұрады және оның диаметрі тілше ұзындығынан әлдеқайда үлкен. Егер катушка бойымен I ток ағатын болса, онда оның центрінде индукциясы мынаған тең магнит өрісі туындайды:

,(9)

мұндағы r – катушка радиусы.

векторы катушка жазықтығына перпендикуляр. Егер тангенс-гальванометрдің катушкасының жазықтығын магниттік меридиан жазықтығына орналастырса, онда магниттік тілше қорытқы өріс бағытына орналасады (4 сур.).



4 сурет. Тангенс-гальванометр магнит тілшесінің бағыты.
Суперпозиция принципі бойынша бұл өріс қосылатын өрістердің векторлық қосындысына тең: Жердің магнит өрісі индукциясының горизонталь құраушысы және катушканың магниттік индукциясы .

4 суреттен мынаны табуға болады:

. (10)

(9) және (10) өрнектерден мынаны аламыз:

---

. (11)
2. ТӘЖІРИБЕЛІК ҚОНДЫРҒЫНЫҢ СИПАТТАМАСЫ
Жердің магнит өрісі индукциясының горизонталь құраушысын анықтау үшін ЭиМ-М-Л5 моноблогы, «Тангенс-гальванометр» модулі қолданылады.

Зертханалық қондырғының сыртқы түрі 5 суретте көрсетілген.



5 сурет. Зертханалық қондырғы «Жердің магнит өрісі индукциясының горизонталь құраушысын анықтау».

Моноблок мыналардан тұрады:

• 
  0 ден + 15В аралығында реттелетін тұрақты кернеу көзі;
  
• 
  ток бағытын ауыстырып қосқыш;
  
• 
  миллиамперметр;
  
• 
  беттік панельде - Жердің магнит өрісі индукциясының горизонталь құраушысын анықтау үшін өлшеу жүргізудің функционалдық сұлбасының суреті.
  

«Тангенс-гальванометр» модулі центрінде тік бағытта магниттік тілше орналасқан катушкадан тұрады. Тілше тік ось айналасында еркін айналады. Бұрыштық градуспен градуирленген дөңгелек шкаласы бар. Модуль параметрлері: D=198 мм - катушка диаметрі; N=62 – орам саны.

Зертханалық қондырғыда өлшеудің электрлік сұлбасы (6 сур.) көрсетілген.


6 сурет. Зертханалық қондырғының сұлбасы.
3. ЖҰМЫСТЫҢ ОРЫНДАЛУ РЕТІ

1. 
   ЭиМ-М-Л5 моноблоктың 1 және 2 ұяшығына «Тангенс-гальванометр» модулін қосыңыз. «Тангенс-гальванометрді» моноблоктан және басқа да өзінің жеткілікті күшті электромагниттік өрісі бар аспаптардан алыс орналастыруға тырысыңыз.
   
2. 
   «Тангенс-гальванометрдің» катушка жазықтығын Жердің магнит меридиан жазықтығына орнатыңыз, яғни магниттік тілше катушка орамы жазықтығына С және Ю көрсете отырып орналассын.
   
3. 
   Кернеу регуляторын сол жақтағы шеткі жағдайға орнатыңыз (минимал кернеу).
   
4. 
   Корпустың сол жақ бүйіріндегі «Сеть» батырмасы көмегімен моноблокты қосыңыз.
   
5. 
   S1 ауыстырғыш - қосқышты 1 жағдайға келтіріңіз. Кернеу регуляторымен тілше 5° кем емес ауытқитындай тізбекте ток орнатыңыз. Тілшенің тепе-теңдікке келуін күтіңіз және оның ауытқу бұрышын тіркеп алыңыз.
   
6. 
   S1 ауыстырғыш - қосқышты 2 жағдайға келтіріңіз және тура солай тілшенің ауытқу бұрышын тіркеп алыңыз.
   

---

Смотрите также файлы

• Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования байкальский государственный университет.docx

• Студент Еремян Р. А. Группа фн411б преподаватель Евдокимова К. В.docx

• Силлабус Пнмодуль леуметтік медицина жне денсаулы сатау ісін басару Мамандыы.docx

• Лабораторная работа Особенности поиска документов в спс КонсультантПлюс Вариант Найти Трудовой кодекс Российской Федерации.docx

• Памятка проведения дэ модули задания и необходимое время.docx