- •Общая физика электричество и магнетизм Лабораторный практикум
- •Введение
- •Изучение электростатического поля
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Определение электродвижущей силы источника тока методом компенсации
- •Теоретическое сведение
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Исследование законов постоянного тока
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Определение емкости конденсатора с помощью вольтметра
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли
- •Теоретические сведения
- •Магнитная индукция поля, создаваемого бесконечно длинным прямым проводником с током,
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Изучение магнитного гистерезиса ферромагнетиков
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Определение коэффициента самоиндукции катушки индуктивности
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Заключение
- •Общая физика
Магнитная индукция поля, создаваемого бесконечно длинным прямым проводником с током,
,
где r – расстояние от оси проводника до точки.
Согласно предположению Ампера в любом теле существуют микроскопические токи (микротоки), обусловленные движением электронов в атомах. Они создают свое магнитное поле и ориентируются в магнитных полях макротоков. Макроток - это ток в проводнике под действием ЭДС или разности потенциалов. Вектор магнитной индукции характеризует результирующее магнитное поле, создаваемое всеми макро- и микротоками. Магнитное поле макротоков описывается также и вектором напряженности. В случае однородной изотропной среды
вектор магнитной индукции связан с вектором напряженности соотношением
, (5)
где μ0 магнитная постоянная; μ магнитная проницаемость среды, показывающая, во сколько раз магнитное поле макротоков усиливается или ослабляется за счет микротоков среды. Иначе говоря, μ показывает, во сколько раз вектор индукции магнитного поля в среде больше или меньше, чем в вакууме.
Единица напряженности магнитного поля А/м. 1А/м напряженность такого поля, магнитная индукция которого в вакууме равна Тл. Земля представляет собой огромный шарообразный магнит. Действие магнитного поля Земли обнаруживается на ее поверхности и в окружающем пространстве.
Магнитным полюсом Земли называют ту точку на ее поверхности, в которой свободно подвешенная магнитная стрелка располагается вертикально. Положения магнитных полюсов подвержены постоянным изменениям, что обусловлено внутренним строением нашей планеты. Поэтому магнитные полюса не совпадают с географическими. Южный полюс магнитного поля Земли расположен у северных берегов Америки, а Северный полюс в Антарктиде. Схема силовых линий магнитного поля Земли показана на рис. 5 (пунктиром обозначена ось вращения Земли): - горизонтальная составляющая индукции магнитного поля; Nr, Sr географические полюсы Земли; N, S магнитные полюсы Земли.
Рис. 5
|
Направление силовых линий магнитного поля Земли определяется с помощью магнитной стрелки. Если свободно подвесить магнитную стрелку, то она установится по направлению касательной к силовой линии. Так как магнитные полюсы находятся внутри Земли, магнитная стрелка устанавливается не горизонтально, а под некоторым углом α к плоскости горизонта. Этот угол α называют магнитным наклонением. С приближением к магнитному полюсу угол α увеличивается. Вертикальная плоскость, в которой расположена стрелка, называется плоскостью магнитного меридиана, а угол между магнитным игеографическим меридианами - магнитным склонением. |
Силовой характеристикой магнитного поля, как уже отмечалось, является магнитная индукция В. Ее значение невелико и изменяется от 0,42∙10-4 Тл на экваторе до 0,7∙10-4 Тл у магнитных полюсов.
Вектор индукции магнитного поля Земли можно разделить на две составляющие: горизонтальную и вертикальную(рис. 5). Укрепленная навертикальной оси магнитная стрелка устанавливается в направлении горизонтальной составляющей Земли . Магнитное склонение, наклонение α и горизонтальная составляющая магнитного поля являются основными параметрами магнитного поля Земли.
Значение определяют магнитометрическим методом, который основан на взаимодействии магнитного поля катушки с магнитной стрелкой. Прибор, называемый тангенс-буссолью, представляет собой небольшую буссоль (компас с лимбом, разделенным на градусы), укрепленную внутри катушки 1 из нескольких витков изолированной проволоки (рис. 6, а).
Катушка расположена в вертикальной плоскости. Она создает добавочное магнитное поле .
В центре катушки помещается магнитная стрелка 2. Она должна быть небольшой, чтобы можно было принимать индукцию, действующую на ее полюсы, равной индукции в центре кругового тока. Плоскость контура катушки устанавливается так, чтобы она совпадала с направлением стрелки и была перпендикулярна горизонтальной составляющей земного поля . Под действием индукции поля Земли и индукции поля катушки стрелка устанавливается по направлению равнодействующей индукции (рис. 6, б).
а б
Рис. 6
Из рис. 6 видно, что
(6)
Индукция магнитного поля катушки в центре
(7)
где N число витков катушки; I ток, идущий по ней; R радиус катушки. Из (6) и (7) следует, что
,
или
(8)
Важно понять, что формула (8) является приближенной, т.е. она верна только в том случае, когда размер магнитной стрелки намного меньше радиуса контура R. Минимальная ошибка при измерении фиксируется при угле отклонения стрелки ≈45°. Соответственно этому и подбирается сила тока в катушке тангенс-буссоли.