ВИЗНАЧЕННЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОЇ СКЛАДОВОЇ НАПРУЖЕНОСТІ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛІ
Обладнання: тангенс-гальванометр, амперметр, реостат, джерело постійного струму, перемикач.
Теоретичні відомості
Земля являє собою величезний магніт, полюси якого знаходяться поблизу географічних полюсів: поблизу північного географічного полюса знаходиться південний магнітний полюс S, а поблизу південного географічного - північний магнітний полюс N.
Магнітне поле Землі зображується силовими лініями, які на екваторі спрямовані горизонтально, а на магнітних полюсах Землі - вертикально. В інших точках земної поверхні силові лінії магнітного поля Землі спрямовані під певним кутом до поверхні Землі - кутом нахилення .
Величину проекції напруженості земного магнітного поля на горізонтальну площину називають горизонтальною складовою магнітного поля Землі . Напрямок цієї складової приймається за напрямок магнітного меридіана, а вертикальна площина, яка через нього проходить, називається площиною магнітного меридіана. Кут між географічним і магнітним мерідіанами називається кутом схилення.
|
|
Магнітна стрілка, яка може обертатися лише навколо вертикальної осі, буде відхилятися в горизонтальній площині тільки під дією горизонтальної складової магнітного поля Землі ().
Ця властивість магнітної стрілки використовується в тангенс-гальванометрі для визначення . Тангенс-гальванометр складається з вертикальної котушки радіусом і кількістю витків та компаса, розміщеного в центрі котушки в горизонтальній площині. Величини і вказані на приладі. Магнітна стрілка компаса при відсутності електричного струму в котушці буде спрямована вздовж магнітного меридіана Землі N-S.
Повертаючи котушку навколо вертикальної вісі, досягають співпадання площини котушки і магнітного меридіана. Електричний струм , що протікає через витки котушки, відхиляє магнітну стрілку на кут . Стрілка орієнтується вздовж результуючої напруженості магнітних полів Землі і котушки . Згідно з рис. 22.
(7.1)
На підставі закону Біо-Савара-Лапласа
(7.2)
Отже,
(7.3)
Рис. 22
Напруженість магнітного поля в CI вимірюється в А/м. Схема приладу подана на рис. 23, де: G - тангенс-гальванометр, К - ключ для зміни напрямку струму, r - реостат для регулювання сили струму, А - амперметр, який вимірює силу струму в катушці, Е - джерело постійного струму (4,5 - 6) В.
Рис. 23
Порядок виконання роботи
1. Зорієнтувати площину зібраного, але не ввімкненого, приладу паралельно площини магнітного меридіана Землі (рис. 24).
Рис. 24
2. При довільному положенні повзунка реостата ввімкнути живлення (рис. 25).
|
|
Рис. 25
3. Зафіксувати і записати значення струму і кута відхилення стрілки .
4. Перемкнути ключ для зміни полярності і для того ж струму записати кут відхилення стрілки .
5. Здійснити такі ж виміри і записати їх для різних струмів (не менше трьох)
6. Записати в робочий зошит постійні приладу, які подані на приладі. Результати експеріменту та відповідні обчислення занести до таблиці. Записати результати аналізу та відповіді на контрольні запитання.
№ | |||||||||||
Р | О | З | М | І | Р | Н | І | С | Т | Ь | |
7. Запишіть остаточну відповідь.
Контрольні запитання
1. Назвіть складові елементи напруженості поля земного магнетизму.
2. В яких точках земної поверхні кут нахилення рівний нулю, а в яких - 90o?
3. Як зорієнтована магнітна стрілка в магнітному полі Землі?
4. Сформулюйте закон Біо-Савара-Лапласа.
5. Чому дорівнює і як зорієнтована напруженість магнітного поля в центрі колового струму?
6. Де знаходиться північний магнітний полюс Землі?
7. Поясніть будову і принцип дії тангенс-гальванометра.
8. При яких кутах відхилення стрілки найменша похибка? Поясніть.
9. Яка з вимірюваних величин вносить в результат найбільшу (найменшу) похибку?
10. Определіть на основі закону Ампера силу, що діє на заряджену частинку в магнітному полі.