Методические указания
к выполнению лабораторной работы № 2.2.1


ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ

ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ^

Цель данной работы – определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли при помощи тангенс-гальванометра.

При протекании постоянного электрического тока по проводнику в окружающем проводник пространстве создается магнитное поле.

Величину индукции магнитного поля, созданного элементом тока в некоторой точке пространства C, рассчитывают по закону Био-Савара-Лапласа:

,

(1.1)

В векторной форме этот закон имеет вид:

,

(1.2)

где μ – относительная магнитная проницаемость среды;

μ₀ − магнитная постоянная, которая в системе СИ равна 4π∙10^-7 Гн/м;

I – сила тока в проводнике;

dl – длина элемента с током;

– радиус-вектор, соединяющий элемент dlс точкой, в которой создается индукция ;

– угол, образованный элементом проводника с током и радиус-вектором .

Вектор индукции совпадает с нормалью к плоскости, которую образуют вектора и . Направление определяется векторным произведением (1.2). Индукция магнитного поля в центре кругового тока представляет собой суперпозицию векторов . Для точки в центре кругового тока величины r=constи

---

. Результирующая индукции магнитного поля в центре кругового тока находится интегрированием:

,

(1.3)

Если вместо одного витка ток проходит по N одинаковым виткам, центры которых почти совпадают, то индукция магнитного поля в центре:

,

(1.4)

Вектор индукции направлен перпендикулярно плоскости витков.

Описание установки и метода измерения

Для экспериментального определения горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли используется прибор, называемый тангенс-гальванометром (ТГ). Он состоит из витков радиусом r , в центре которых расположена магнитная стрелка. Магнитная стрелка расположена на вертикальной оси, закрепленной в корпусе, по периферии которого нанесены деления через 1⁰.

При отсутствии тока в витках на магнитную стрелку действует только магнитное поле Земли. Горизонтальной составляющей магнитного поля Земли , которую необходимо определить на данной установке, называется проекция вектора магнитной индукции Земли на горизонтальную плоскость в точке её определения.

Перед включением тока плоскость витков совмещают с плоскостью магнитного меридиана Земли. Для этого тангенс-гальванометр устанавливают так, чтобы ось магнитной стрелки находилась в плоскости витков. При таком расположении витков вектор индукции магнитного поля тока перпендикулярен горизонтальной составляющей магнитного поля Земли .

При пропускании тока по виткам на магнитную стрелку действует два магнитных поля: поле, созданное током в витках, и поле Земли. При одновременном действии и

---

ось магнитной стрелки устанавливается по направлению результирующей этих векторов , как это показано на рисунке 1.1.

Из рисунка 1.1 видно, что модуль можно выразить через :

,

(1.5)

то есть

,

(1.6)

Последнее уравнение является расчетным.
Порядок выполнения работы и обработки
результатов измерений

1. 
   Снять характеристики приборов.
   
2. 
   Собрать установку по схеме, представленной на рис.1.2, где введены следующие обозначения: ТГ - тангенс-гальванометр; A –амперметр; R – реостат; Е – источник постоянного тока; К – ключ для замыкания цепи.
   

Примечание. Сборку цепи производить при разомкнутом ключе К и полностью выведенном реостате.

3. 
   Установить плоскость витков параллельно оси магнитной стрелки (в плоскости меридиана).
   
4. 
   Замкнуть цепь, установить в цепи такой ток, чтобы магнитная стрелка отклонилась на угол и снять показания амперметра.
   
5. 
   Проделать аналогичные измерения, увеличивая угол φ до максимального отклонения 60⁰, снимая показания амперметра.
   
6. 
   Результаты измерений занести в таблицу 1.
   

Таблица 1 – Результаты измерений

φ, град
I, A

---

7. 
   По уравнению (1.4) рассчитать индукцию магнитного поля в центре витков с током, внести результаты в таблицу.
   
8. 
   Рассчитать горизонтальную составляющую магнитного поля Земли для всех значений I, φ, результаты занести в таблицу.
   
9. 
   Найти среднее значение .
   
10. 
    Рассчитать погрешность измерения .
    

Контрольные вопросы

1. 
   Сформулировать закон Био-Савара-Лапласа.
   
2. 
   Рассчитать индукцию магнитного поля в центре кругового тока.
   
3. 
   Объяснить принцип действия тангенс-гальванометра.
   
4. 
   Единицы измерения индукции магнитного поля.
   
5. 
   На основании закона Био-Савара-Лапласа вывести уравнение для расчета напряженности магнитного поля, созданного бесконечно длинным прямым проводником с током.
   
6. 
   Единицы измерения напряженности магнитного поля.
   

Литература

1. 
   Грабовский Р.И. Курс физики. – М.: Высш.школа, 1980. – 607 с.
   
2. 
   Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2.-М.: Наука, 1978.-480 с.
   
3. 
   Трофимова Т.И. Курс физики.- М.: Высш.шк., 1985.-432 с.
   
4. 
   Шубин А.С. Курс общей физики.- М.: Высш.шк., 1976.- 480 с.
   

---

Смотрите также файлы

• Французского материализма xviii века.doc

• Семинару 1 по дисциплине "регионоведение".docx

• Электрооборудование пассажирских вагонов.doc

• История и предыстория.docx

• Практическое задание 3, Модуль Высшая нервная деятельность слушатель Каширина Галина Ивановна Преподаватель Перевязко Елена Александровна.docx