ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.08.2019
Просмотров: 9478
Скачиваний: 23
76
Таблица 7.15
n = 20 оборотов
№
п.п.
t
c
f
Гц
.
эфф
i
дел.
1
2
3
4
5
5. Построить график зависимости эффективной ЭДС индукции от
частоты
.
эфф
i
= (f).
Упражнение 2.
Определение зависимости ЭДС индукции от
ориентации контура в магнитном поле Земли.
1. Выбрать удобную (для измерения ЭДС милливольтметром)
частоту вращения контура в магнитном поле Земли. Поддерживая ее
постоянной, определить зависимость эффективной ЭДС индукции от
ориентации катушки в магнитном поле Земли. Для этого установить
ось вращения Y катушки в плоскости магнитного меридиана и
измерить ЭДС индукции при различных углах (от 0 до 180 через
каждые 20 ), отсчитываемые по шкале 6 стрелкой 8. При каждом
значении закрепляется винт 7, фиксирующий опору 2 и стрелку 8,
связанные жестко между собой.
2. Полученные данные занести в табл.7.16.
3. Построить график зависимости эффективных значений ЭДС
индукции от угла :
.
эфф
i
= ( ).
4. Определить по графику угол магнитного наклонения
1
.
Таблица 7.16
( )
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
.
эфф
i
(дел)
Контрольные вопросы
1. Объяснить зависимость ЭДС индукции контура, вращающегося в
магнитном поле Земли, от частоты вращения.
77
2. Объяснить зависимость ЭДС индукции вращающегося контура от
его ориентации в магнитном поле Земли.
3. Что такое угол магнитного наклонения и как его определяют в
данной работе?
4. Объяснить, как направлено магнитное поле в лабораторных условиях.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 78
Определение горизонтальной составляющей
магнитного поля Земли с помощью тангенс–буссоли
Цель
работы:
измерение
горизонтальной
составляющей
напряженности магнитного поля Земли.
Методика измерений
Земля
представляет
собой
естественный магнит, полюса которого
располагаются недалеко (~300 км) от
географических полюсов. Магнитное
поле Земли показано на рис.7.30.
Поскольку по определению северный полюс
магнитной стрелки указывает на север, то
соответствующий магнитный полюс Земли,
называется Южным магнитным полюсом
(ведь северный полюс одного магнита
притягивается
к
южному
полюсу
другого).
Соответственно,
на
юге
находится Северный магнитный полюс.
Через магнитные полюса Земли
можно провести магнитные меридианы,
перпендикулярно к ним – линию большого круга – магнитный экватор
– и параллельно последнему линии малых кругов – магнитные
параллели. Таким образом, каждой точке на Земле будут соответствовать
не только географические, но и магнитные координаты.
Если в данной точке Земли свободно подвесить магнитную стрелку
(т.е. подвесить за центр масс так, чтобы она могла поворачиваться и в
горизонтальной и в вертикальной плоскостях), то она установится по
направлению напряженности магнитного поля Земли в данной точке.
Но так как магнитное поле Земли – это поле прямого магнита, ясно,
что силовые линии этого поля лишь на магнитных полюсах
вертикальны, а на магнитном экваторе горизонтальны (рис.7.30). В
любой другой точке земной поверхности силовая линия, касательная к
ней напряженность магнитного поля, и, следовательно, свободно
Рис. 7.30
в
H
H
г
H
78
подвешенная стрелка располагаются под каким–то углом к вертикали в
этой точке Земли и, значит, под каким–то углом к горизонтальной
плоскости в данной точке.
Из–за несовпадения магнитных и географических полюсов Земли
не совпадают и плоскости магнитного и географического меридианов,
проходящих через данную точку земной поверхности. Таким образом,
положение свободно подвешенной магнитной стрелки характеризуется
двумя углами и , определенными для данной точки Земли.
Магнитное склонение
– угол между направлениями
географического и магнитного меридианов (рис.7.31).
Различают восточное и западное склонение (северный полюс
стрелки отклоняется соответственно вправо или влево от
географического меридиана).
Магнитное наклонение – угол между направлением напряженности
магнитного поля в данной точке и горизонтальной плоскостью
(рис.7.32). Наклонение бывает северное или южное (северный или
южный конец стрелки ниже горизонтальной плоскости).
Эти два угла – склонение и наклонение – называют элементами
земного магнетизма. Пример: для Москвы
8 (восточное
склонение), 70 (северное наклонение).
Магнитное поле Земли подвержено суточным, годовым, вековым и
т.п. колебаниям. Соответственно меняются и элементы земного
магнетизма. Кроме того, наблюдаются кратковременные нерегулярные
отклонения – так называемые магнитные бури, появление которых
связано с деятельностью Солнца, в частности, с числом солнечных
пятен.
Таким образом, установлено, что напряженность магнитного поля в
данной точке наклонна, т.е. имеет горизонтальную
г
H
и
Географический
меридиан
Магнитный
меридиан
Юг
Север
Рис. 7.31
Рис. 7.32
Магнитная
силовая линия
Горизонтальная
плоскость
79
вертикальную
в
H
составляющие.
Значит, магнитная стрелка,
вращающаяся на закрепленной вертикальной оси, устанавливается в
плоскости магнитного меридиана под действием горизонтальной
составляющей магнитного поля Земли.
Если с помощью кругового тока около стрелки создать еще одно
магнитное поле, то согласно принципу суперпозиции (7.8) стрелка
установится по направлению равнодействующей двух магнитных
полей
0
г
1
H
H
H
(7.94)
Так как поле кругового тока
0
H
нетрудно вычислить, зная ток, то
горизонтальную составляющую земного магнитного поля можно
определить по углу отклонения стрелки и величине поля тока.
Определение
горизонтальной
составляющей
напряженности
магнитного поля Земли производится с помощью прибора,
называемого тангенс – буссолью (см.
рис.7.33). В центре короткой катушки
помещена
на
острие
небольшая
магнитная стрелка (при достаточно
большом радиусе можно считать, что
магнитная
стрелка
находится
в
однородном магнитном поле).
При прохождении тока i по витку
напряженность магнитного поля в его
центре может быть, согласно (7.3) и (7.4), определена по формуле
r
2
i
H
0
,
для N витков (7.5):
r
2
Ni
H
0
,
(7.95)
где r – радиус витка буссоли.
Если контур буссоли установить в плоскости магнитного меридиана
Земли, то горизонтальная составляющая магнитного поля Земли
г
H
и
поле кругового витка в центре буссоли окажутся перпендикулярными
друг другу (см. рис.7.33). Тогда
г
0
H
H
tg
и
tg
r
2
Ni
H
г
.
(7.96)
Электрическая схема экспериментальной установки для измерения
г
H показана на рис.7.34.
0
H
Рис. 7.33
г
H
1
H
80
С помощью переключателя П тангенс – буссоль ТБ через реостат R
подключается к источнику питания ИП.
Порядок выполнения работы
1. Собрать схему, показанную на рис.7.34.
2. Установить катушку в плоскости магнитного меридиана.
3. Включить источник питания и подобрать такой ток i, чтобы угол
отклонения стрелки был равен = 45 . Записать значение тока по
амперметру в табл.7.17.
Таблица 7.17
№
п.п.
число
витков
i
A
град.
град.
град.
г
H
А/м
1
2
2
6
3
12
4. Переключателем
П
изменить
направление
тока
на
противоположное и при той же величине записать в таблицу угол
отклонения .
5. Рассчитать среднее арифметическое значение угла отклонения
стрелки для двух измерений
2
.
6. Повторить измерения 2–3 раза, изменяя число витков (указаны на
катушке). Средний радиус витков измерить линейкой.
7. Рассчитать величину
г
H по формуле (7.96) для каждого значения
тока, числа витков и среднего значения угла для двух направлений
тока в катушке.
8. Вычислить среднее значение
г
H и оценить ошибку измерений.
A
V
В–24М
ИП
П
R
Рис. 7.34
ТБ