Для измерения углов склонения и наклонения магнитного поля Земли используется магнетометр 7, помещаемый в центр системы Гельмгольца. Магнетометр представляет собой систему из магнитной стрелки, свободно вращающейся вокруг вертикальной оси, перпендикулярной горизонтально расположенной круговой шкале для измерения угла поворота.

Угол склонения измеряется по отклонению стрелки магнетометра от своего равновесного положения (соответствующего при отсутствии тока через кольца Гельмгольца направлению север - юг магнитного поля Земли) при малых токах через кольца Гельмгольца.

Для определения угла наклонения магнитного поля Земли необходимо повернуть круговую шкалу в вертикальное положение, сохраняя при этом направление север - юг в горизонтальной плоскости, и измерить угол наклонения стрелки магнетометра относительно горизонтального направления

.

3. Измерения и обработка результатов
3.1. Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли

Данные выполнения для лабораторной работы

R = 0,2 м, N = 154
1. Поместим в центре системы Гельмгольца магнетометр. При отсутствии тока через кольца стрелка магнетометра установится вдоль магнитного меридиана. Это равновесное положение стрелки позволяет определить направление север – юг магнитного поля Земли.

2. Выставим систему колец Гельмгольцу в плоскости магнитного меридиана. Для этого переведём мультиметр в режим амперметра.

3. Включим блок питания. Дадим ему прогреться в течение 5 минут.

4. С помощью реостата установим значение тока в катушках Гельмгольца равное I_К =1,5 А, в этом случае величина магнитного поля катушек Гельмгольца будет много больше магнитного поля Земли.

5. Осторожно перемещая систему колец Гельмгольца, добьемся того, чтобы стрелка магнетометра установилась строго на значении 90°. В этом случае ось катушек будет перпендикулярна магнитному меридиану. После отключения тока в катушках стрелка магнетометра снова установится вдоль магнитного меридиана, а плоскости катушек будут параллельны плоскости магнитного меридиана полученные результаты измерений занесём в
таблицу 1.

Таблица 1

I, А	0,225	0,475	0,55	0,75	1	1,5	КН=660,8 мкТл/А
Bк, мкТл	140	280	420	275	710	1060

---

Рис.4

6. Так как магнитная стрелка магнетометра побывала в сильном магнитном поле во избежание залипания стрелки, слегка постучим по магнетометру.

7. Переведём мультиметр в режим миллиамперметра.

8. Снова включим блок питания.

9. Плавно меняя значения тока в катушках с помощью реостата, добьемся того, чтобы стрелка магнетометра отклонилась на угол =10°. Занесём в таблицу 2 значение величины тока I.

10. Проведём измерения по пункту 9 для значений углов от 20° до 80° с шагом в 10°. Данные измерений занесём в таблицу 2.

Таблица 2

№	Сила тока IК, мА	, град	tg	ВК, мкТл	ВГ, мкТл
1.	5,6	10	0,17633	3,70048	ВГ=18,5 мкТл
2.	8,7	20	0,36397	5,74896
3.	13,3	30	0,57735	8,78864
4.	19,8	40	0,83910	13,08384
5.	29	50	1,19175	19,16320
6.	44,3	60	1,73205	29,27344
7.	70,9	70	2,74748	46,85072
8.	164,9	80	5,67128	108,96592

3.2. Определение магнитного наклонения и вертикальной составляющей магнитного поля Земли

---

1. Отключим источник питания, обесточив таким образом катушки Гельмгольца и обратив в ноль внешнее магнитное поле. После небольшой паузы, когда магнитная стрелка установится в плоскости магнитного меридиана, осторожно сориентируем магнетометр в горизонтальной плоскости таким образом, чтобы угол поворота стрелки по горизонтальной шкале составил 0°, при этом северный конец стрелки одновременно указывал на отметку 90° по вертикальной шкале.

2. Повернём дуговую шкалу по часовой стрелке так, чтобы она расположилась в вертикальной плоскости. Выждав некоторое время, измерим наклонение (то есть угол наклона магнитной стрелки в вертикальной плоскости, отсчитываемый от горизонтальной плоскости вниз). На рис. 1б используется более привычное в практических приложениях обозначение наклонения греческой буквой . Проведём согласно индивидуальному заданию несколько независимых измерений угла наклонения , каждый раз выводя стрелку из положения равновесия. В качестве истинного значения принимается среднее по числу выполненных измерений .

Данные всех измерений занесём в таблицу 3.

Таблица 3

№	1, град	1, град	2, град	2, град	,град	ВВ, мкТл
1.	71,2	71,4	72,2	72,3	71,85	56,4
2.	71,4		72,3
3.	71,6		72,4
В=59,4 мкТл

3. Проделаем аналогичную процедуру с поворотом шкалы в вертикальное положение против часовой стрелки, и получим значение .

Данные всех измерений занесём в таблицу 3.

---

4. Угол магнитного наклонения находится как среднее арифметическое

(6)
3.3. Обработка результатов измерений

1. По данным таблицы 1 построим калибровочную функцию катушек Гельмгольца. Для этого по горизонтальной оси (оси абсцисс) отложим значения силы тока, текущего по обмоткам катушек Гельмгольца. По вертикальной оси (оси ординат) отложим значения магнитной индукции, создаваемой этим током в исследуемой точке.

2. При графическом построении линейной зависимости число экспериментальных точек на графике (рис. 4), лежащих выше построенной примерно равно числу экспериментальных точек, лежащих ниже построенной линии.

3. По полученному графику на рис. 4 определим тангенс угла наклона эмпирической зависимости магнитной индукции от силы тока в катушках Гельмгольца. Тем самым определим постоянную калибровки К_Н. Занесём полученный результат в таблицу 1. Очевидно, что численное значение K_H=660,8 мкТл/А будет другим при изменении масштаба графика, а также при переходе к другому масштабу измерения физических переменных в соответствии с правилами теории подобия и размерностей.

4. По данным таблицы 1 рассчитаем индукцию магнитного поля катушек Гельмгольца для каждого значения тока, протекающего в катушках по формуле: B_К=I*К_Н.

5. Данные всех расчетов занесём в таблицу 2.

6. Определим значения tg для всех углов отклонения магнитной стрелки, указанных в таблице 2.

7. Данные всех расчетов занесём в таблицу 2.

8. По данным таблицы 2 построим график на рис. 5 зависимости tg от величины индукции магнитного поля В_К катушек Гельмгольца.



Рис.5

9. Измерив тангенс угла наклона эмпирической зависимости tg от магнитной индукции В_К, определим горизонтальную составляющую магнитного поля Земли В_Г=18,5 мкТл.

10. Используя соотношение (5) по данным таблицы 2 рассчитаем значение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли для значений углов отклонения магнитной стрелки от 30° до 60°.

;

;

---

;

.

11. Для полученных результатов найдём среднее значение
.

Полученное значение В_Гср=16,7 мкТл несущественно отличается отзначения В_Г=18,5 мкТл, полученного в пункте 9, что подтверждает правильность выполненных измерений горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.

12. По найденному среднему значению угла  (таблица 3), определим вертикальную составляющую магнитного поля Земли по формуле:

.

13. Определим полное значение индукции магнитного поля Земли, используя соотношение (2).

.

14. Полученный результат занесём в таблицу 3.

Вывод
В ходе выполнения данной лабораторной работы нами было определено полное значение индукции магнитного поля Земли в результате исследования результирующего поля, создаваемого магнитным полем Земли и магнитным полем системы колец Гельмгольца.

Экспериментальные результаты данной лабораторной работы представлены в пункте 3 в виде таблиц 1, 2, 3, рисунков 4, 5 и расчетных значений:

• 
  горизонтальной составляющей магнитного поля Земли В_Г=18,5 мкТл;
  
• 
  средней горизонтальной составляющей магнитного поля Земли В_Гср=16,7 мкТл;
  
• 
  угла магнитного наклонения магнитного поля Земли =71,85⁰;
  
• 
  вертикальной составляющей магнитного поля Земли В_Г=56,4 мкТл.
  

Полученные экспериментальные результаты параметров магнитного поля Земли соответствует данным этих параметров (с учетом погрешности измерений) в районе средней полосы Российской Федерации.

Контрольные вопросы
1. Что называется элементами земного магнетизма?

Это значение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля, значения магнитного склонения и магнитного наклонения
2. Что такое магнитное склонение и магнитное наклонение?

Магнитное склонение  - угол между географическим и магнитным меридианами в точке земной поверхности. Магнитное склонение считается положительным, если северный конец магнитной стрелки отклонен к востоку от географического меридиана, и отрицательным — если к западу. Значение магнитного склонения указывается на магнитных картах и используется для определения истинного меридиана по показанию магнитного компаса.

---

Смотрите также файлы

• Вопросы к экзамену по дисциплине Информационные технологии.docx

• Верно ли утверждение, что брак и семья это общественные формы регулирования отношений между людьми, состоящими в родственных связях.docx

• Конституционное право рф.docx

• Стихотворение "Новый год" В. К. Кюхельбекера 1 января 1832 года как реминисценция на 89 псалом.docx

• 1. Теоретические основы формирования и управления собственным капиталом предприятия.doc