- •Министерство образования Республики Беларусь
- •Содержание
- •Тема 1 Изучение электроизмерительных приборов
- •Основные понятия по теме
- •Вопросы для самоконтроля
- •Основные понятия по теме
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 3 Определение удельного заряда электрона
- •Основные понятия по теме
- •Вопросы для самоконтроля
- •Определение удельного заряда электрона методом магнетрона
- •Основные понятия по теме
- •Вопросы для самоконтроля
- •Основные понятия по теме
- •Вопросы для самоконтроля
- •Основные понятия по теме
- •Вопросы для самоконтроля
- •Основные понятия по теме
- •Вопросы для самоконтроля
- •Основные понятия по теме
- •Вопросы для самоконтроля
- •Основные понятия по теме
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 10
- •Основные понятия по теме
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 11
- •Основные понятия по теме
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 12
- •Основные понятия по теме
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 13
- •Основные понятия по теме
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 14
- •Основные понятия по теме
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 15
- •Основные понятия по теме
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 16
- •Основные понятия по теме
- •Вопросы для самоконтроля
- •Учебное издание
- •246019, Г. Гомель, ул. Советская, 104
- •Министерство образования Республики Беларусь
Тема 15
Определение горизонтальной составляющей
индукции магнитного поля Земли
Магнитное поле Земли
Магнитный момент кругового тока
Принцип работы тангенс-гальванометра
Основные понятия по теме
Магнитометрический метод измерения основан на магнитном взаимодействии образца и магнитной стрелки.
Земля представляет собой огромный шаровой магнит. Поэтому в любой точке на поверхности Земли и в окружающем пространстве обнаруживается действие магнитных сил. Магнитные полюса Земли не совпадают с географическими. Южный полюс магнитного поля Земли расположен у северных берегов Америки, примерно под 74° северной широты и 100° западной долготы, а северный полюс – в Антарктиде, под 60° южной широты и 143° восточной долготы. Схема силовых линий магнитного поля Земли показана на рисунке 15.1 (пунктиром показана ось вращения Земли СЮ).
Рисунок 15.1 – Схема силовых линий
магнитного поля Земли
Направление магнитных силовых линий Земли можно определить с помощью магнитной стрелки. Если подвесить магнитную стрелку на нити так, чтобы точка подвеса совпадала с центром тяжести стрелки, то последняя устанавливается по направлению касательной к силовой линии магнитного поля Земли. В северном полушарии южный конец будет наклонен к Земле и стрелка составит с горизонтом угол наклонения θ. Вертикальная плоскость, в которой расположится стрелка, называется плоскостью магнитного меридиана. Угол между магнитным и географическим меридианами называется магнитным склонением.
Силовой характеристикой любого магнитного поля является индукция . Значения Земли невелики и изменяются в пределах от 0,42∙10-4 Тл на экваторе до 0,7∙10-4 Тл у магнитных полюсов. Вектор индукции магнитного поля Земли можно разложить на две составляющие: горизонтальную и вертикальную . Укрепленная на вертикальной оси магнитная стрелка устанавливается в направлении горизонтальной составляющей магнитного поля Земли .
Магнитное наклонение θ, склонение и горизонтальная составляющая магнитного поля являются основными параметрами магнитного поля Земли. Горизонтальную составляющую магнитного поля Земли определяют с помощью прибора, называемого тангенс-гальванометром.
Рисунок 15.2 – Общий вид тангенс-гальванометра
Он состоит из катушки – нескольких круговых проводников, расположенных вертикально в плоскости магнитного меридиана (диаметр проводников и число витков указывается на приборе). В центре помещается магнитная стрелка. Она должна быть малой, чтобы можно было принимать действующую на полюса индукцию равной индукции в центе кругового тока.
Плоскость контура устанавливается перпендикулярно горизонтальной плоскости так, чтобы она совпадала с направлением магнитной стрелки (рисунок 15.3 а). Ток, протекающий по контуру, создает магнитное поле , действующее на магнитную стрелку и направленное перпендикулярно горизонтальной составляющей земного поля . Под действием горизонтальной составляющей индукции поля Земли и индукции поля контура стрелка установится по направлению равнодействующей индукции (рисунок 15.3 б).
Рисунок 15.3 – Векторная диаграмма: а) – плоскость контура
совпадает с первоначальным направлением магнитной стрелки, б) – стрелка отклоняется под действием горизонтальной
составляющей индукции поля Земли.
Из рисунка 15.2 видно, что
. (15.1)
Индукция магнитного поля контура Вк в центре контура равна
, (15.2)
где n – число витков контура, i – ток, протекающий в контуре, r – радиус контура, μ0 – магнитная постоянная.
Из (15.1) и (15.2) следует:
или
(15.3)
Для данного места Земли и данного прибора является постоянной величиной и называется постоянной тангенс-гальванометра. Тогда:
. (15.4)
Следует помнить, что формула (15.4) является приближенной, т. е. верной только в том случае, когда размер магнитной стрелки много меньше радиуса контура r. Наименьшая ошибка при измерениях получается при углах отклонения стрелки 45°. Соответственно этому и устанавливается сила тока в катушке тангенс-гальванометра, который используется в данной работе.