Выполнение работы. Цель работы:определить горизонтальную составляющую вектора магнитной индукции поля земли и индуктивности катушки

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5.12

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ВЕКТОРА МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ ПОЛЯ ЗЕМЛИ

И ИНДУКТИВНОСТИ КАТУШКИ

Цель работы: определить горизонтальную составляющую вектора магнитной индукции поля земли и индуктивности катушки

Приборы и принадлежности: тангенс-гальванометр, миллиамперметр, реостат, источник постоянного тока.

Рисунок 1 Рисунок 2

Рисунок 3 Рисунок 4

Контрольные вопросы

1. Как устанавливается магнитная стрелка в магнитном поле.

2. Сформулировать закон Био-Савара-Лапласа.

3. Чему равна магнитная индукция в центре кругового витка.

4. Каков физический смысл индуктивности контура,

5. Что такое 1 Генри.

6. Чему равна индуктивность соленоида.

7. От чего зависит индуктивность соленоида.

8. Каков физический смысл B и С.

9. Рассказать устройство прибора и ход работы.

Выполнение работы

Тангенс-гальванометр представляет собой плоскую вертикальную катушку радиуса R с некоторым числом витков N, в центре катушки в горизонтальной плоскости расположена короткая стрелка SN (рис. 4) магнитная стрелка при отсутствии тока в катушке будет расположена по магнитному меридиану Земли.

Поворотом катушки около вертикальной оси добиваются совмещения плоскости катушки с плоскостью магнитного меридиана; в этом случае один конец стрелки стоит на 0^°, а другой на 180⁰.

После такой установки катушки пропускается полный ток, в результате чего магнитная стрелка повернется на некоторый угол α. Объясняется это тем, что на магнитную стрелку действуют два поля: горизонтальная составляющая магнитного поля В₀ и поле В₁, созданное током (рис.4). Под действием этих полей магнитная стрелка займет такое положение равновесия, при котором равнодействующая двух полей будет совпадать с линией, соединяющей полюсы стрелки ML. На рис.4 даны такие обозначения:

NS - направление магнитного меридиана Земли;

A и B - сечение витка катушки горизонтальной плоскостью;

ME - магнитная стрелка, помешенная в центре катушки;

В₀ - горизонтальная составляющая вектора магнитной индукции поля Земли;

В₁ - вектор магнитной индукции магнитного поля, созданного током.

. На рис.4 видно, что ; Следовательно:

Магнитная индукция поля в центре витка равна:

где I- сила тока,

R- радиус витка,

m₀ – магнитная постоянная, равная проницаемости вакуума:

; m-магнитная проницаемость среды;

Тогда ,

где -магнитная индукция, созданная катушкой с числом витков N

где m - магнитная проницаемость среды;

m₀ - магнитная постоянная;

R - средний радиус (крутизны) катушки;

N - количество витков в катушке.

1. Определение индуктивности.

Индуктивность катушки зависит от ее радиуса R, числа витков N и магнитной проницаемости среды m.

В данной работе радиус катушки и число витков указаны на подставке тангенс-гальванометра,

Вычисляют индуктивности L₁, L₂, L₃, L₄, при подключении на клеммы N₁=20 витков, N₂=50 витков, N₃=70 витков, N₄=120 витков.

2. Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.

Собирают цепь по схеме. Миллиамперметр включают на предел 150 мА, поворачивая подставку тангенс-гальванометра, устанавливают витки его катушки в плоскости магнитного меридиана, т.е. добиваются того, чтобы катушка и магнитная стрелка при отключенном источнике питания находилась против делений 0⁰ и 180⁰.

Включают катушку на N₁=120 витков, включают источник питания, в цепи устанавливают ток I₁=40 мА и фиксируют угол поворота стрелки. Затем реостатом устанавливают ток I₂=70 мА и I₃=100 мА, определяя для данных токов углы поворота, и вычисляют величины B_i для всех трех случаев. Затем включают катушки на N₂=70 витков, N₃₌50 витков, N4=20 витков и производят аналогичные измерения. По полученным результатам вычисляют значение В₀. Результаты заносят в таблицу.

Таблица – Результаты измерений

Число витков	N опыта	I×10-3, А	α, °	tgα	В0	L, Гн
N1=20				0,176 0,36 0,55	0,028 0,024 0,022
N2=50				0,55 0,86 1,19	0,022 0,025 0,026
N3=70				0,7 1,19 1,66	0,025 0,025 0,026
N4=120				1,19 2,14 2,74	0,025 0,024 0,027

; ; R=0,1м; I – сила тока .

При N1: tg 10=0,176; При N2: tg 29=0,55 При N3: tg 35=0,7 При N4: tg 50=1,19

tg 20=0,36; tg 41=0,86 tg 50=1,19 tg 65=2,14

tg 29=0,55. tg 50=1,19 tg 59=1,66 tg 70=2,74

;

; ;

; ;

;

; ;

;

; ;

; ; ;

Ответы на контрольные вопросы

1. Стрелка устанавливается под действием горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.

2. Магнитная индукция поля прямопропорциональна величине тока, протекающего в проводнике и величине этого отрезка проводника, и обратно пропорциональна квадрату расстояния от данного элемента до точки, в которой необходимо измерить это поле

, ,

где m - магнитная проницаемость среды;

m₀ - магнитная постоянная;

I- сила тока,

r – расстояние от данного элемента тока до точки в которой необходимо измерить это поле;

dl – величина отрезка, по которому протекает ток.

3.

где I - сила тока,

R - радиус витка,

m₀ – магнитная постоянная, равная проницаемости вакуума

;

m - магнитная проницаемость среды.

4. Индуктивность контура зависит от геометрической формы контура, его размеров и магнитной проницаемости среды, в которой он находится.

где L – индукция,

Ф – магнитный поток,

I – сила тока.

5. Что какое Генри (единица индуктивности)

Индуктивность такого контура, магнитный поток самоиндукции которого при токе в 1 А равен 1 Вб (вебер).

6. Индуктиновть соленоида зависит от числа витков соленоида, его длины l, площади S, магнитной проницаемости m вещества, из которой сделан сердечник соленоида.

7. Индуктивность соленоида зависит от числа витков соленоида N, его длины l, площади S и магнитной проиницаемости m вещества, из которой сделан сердечник соленоида.

8. Электроемкость проводника - ,

Электроемкость уединенного проволника определяется зарядом (Q), сообщение которого проводнику изменяет его потенциал (j) на единицу,

или 1 фарада – емкость такого уединенного проводника, потенциал которого изменяется на 1В при сообщении ему заряда 1Кл.

- Магнитная индукция действует с силой в 1Н на каждый метр длины прямолинейного проводника, расположенного перпендикулярно направлению поля, если по этому проводнику проходит ток в 1А, индукция измеряется в теслах (1 Тл). .

Погрешность .

Тангенс-гальванометр -

Вывод: В ходе выполнения лабораторной работы произвели определение горизонтальной составляющей вектора магнитной индукции поля земли и индуктивности катушки, научились пользоваться Тангес-гальвонометром.