№12_ЖерМаг Ор

№12 ЛАБОРАТОРИЯЛЫҚ ЖҰМЫС

ЖЕРДІҢ МАГНИТ ӨРІСІНІҢ ИНДУКЦИЯ ВЕКТОРЫНЫҢ

ГОРИЗОНТАЛЬ ҚҰРАУШЫСЫН АНЫҚТАУ

Жұмыстың мақсаты: Магнитометрлік әдіспен жердің магнит өрісінің индукциясының горизонталь құраушысын тәжірибеде өлшеуді игеру.

Құрал-жабдықтар: Тангенс-гальванометр, микроамперметр, реостат, тұрақты ток көзі, ауыстырып қосқыш кілт.

1.Қысқаша теориялық кіріспе.

Қозғалмайтын электр заряды электростатикалық өріс тудырады. Магнит өрісі тек қозғалушы зарядтардың айналасында пайда болады, мысалы, тогы бар өткізгіштің және тұрақты магниттің айналасында.

Өрістің бар екенін оның басқа тогы бар өткізгішке немесе магнит стрелкасына, кіші магнитке әсер етуші күші арқылы анықталады.

Магнит өрісі материяның ерекше формасына жатады. Магнит өрісінің әсері тек өріс тасушылардың өзара түйіскен кезінде ғана емес, қашықтықта да байқалады. Магнит өрісінің негізгі сипаттамасына - магнит өрісінің индукциясы жатады.

Магнит өрісінің индукциясы векторлық шама, өрістің күштік сипаттамасына жатады. Ол электр өрісінің кернеулік векторы сияқты. В және Е векторлары өріс тудырылған ортаның қасиетіне байланысты.

Магнит өрісінің индукция векторы ұғымы төмендегі үш тәжірибе нәтижелерінің біреуіне (кез келгеніне) негізделіп енгізіледі:

А) магнит өрісінің тогы бар раманы бағдарлау әсері;

Б) тогы бар өткізгіштің магнит өрісінде бұрылуы;

В) магнит өрісінде қозғалған зарядталған бөлшектер шоғырының бұрылуы.

Жазық тік бұрышты тогы бар контурды біртекті магнит өрісінде орналастырайық, онда оған модулі төмендегі шамаға тең күш моменті М әсер етеді:

(1)

мұндағы P_m - контурдың магнит моменті векторының модулі, В- магнит өрісінің индукция векторының модулі, α - P_m және В векторларының арасындағы бұрыш, 1-суретті қара. (1) формуладан магнит индукциясының мынандай анықтамасы шығады: біртекті магнит өрісінің берілген нүктедегі магнит индукция векторының модулі, осы нүктенің айналасына орналастыралған, магнит моментінің модулі P_m=1 [А м²], бір болатын кіші рамаға әсер ететін күш моментінің ең көп M_max мәніне тең болады:

(2)

M=M_max мәні раманың радиан бұрышпен бағытталғанына сәйкес келеді, яғни магнит индукция сызықтары рама жазықтығында жатады да, ал оның магнит моменті индукция сызықтарына перпендикуляр бағытталған болады. Бұл жағдайда тогы бар рама тиянақсыз (неустойчивое) тепе-теңдікте болады.

бағытына стрелкасының солтүстік полюсті көрсету бағыты алады. Токтардың магнит өрісін көрсететін векторлық шама - ты магнит өрісінің кернеулігі дейді. Магнит өрісінің индукциясы мен кернеулігі мына қатынас арқылы байланысады:

(3)

мұндағы - магнит тұрақтысы, μ- салыстырмалы магнит өтімділігі, ол берілген ортадағы магнит индукциясының , оның бостықтағы мәні - ден неше есе үлкен екендігін көрсететін шама:

Магнит өрісінің кернеулігі ортаның қасиеттеріне байланысты емес. Ал күш сызықтарының үзілместігі жағынан электростатикалық ығысу вектор мен ұқсас болады.

Магнитометрлік өлшеу әдісі, магнит стрелкасының және үлгінің магниттік өзара әсерлесуіне негізделген. Жер көлемді шар тәріздес магнит, оның бетінің кез келген нүктесінде және оны қоршаған кеңістікте магнит күштерінің әсері байқалады, 2-сурет.

Жердің магнит полюстері оның географиялық полюстеріне жақын жатады. Магниттік және географиялық меридиандар арасындағы бұрыш α- магниттік бұрылу деп атайды.

Жердің экваторындағы магнит өрісі горизонталь, полюстеріндегі өріс вертикаль тік, ал оның қалған бетінің нүктелеріндегі магнит өрісі бір шама, яғни θ бұрышына иілу бұрышын жасап бағытталады.

Магнит стрелкасы орналасқан тік жазықтық, магнитті меридиан жазықтығы деп аталады. Жердің магнит өрісінің күш сызықтарының схемасы 3-суретте көрсетілген.

Жер магнит өрісінің индукция векторының мәнін көп емес және ол 0,42 10^-4 Тл – дан экваторда, ал 0,7·10^-4 Тл магнит полюстерінде өзгереді. Жердің - сын екі құраушыға жіктеуге болады:

- Горизонталь бағытталған ; - тік бағытталған ;

Тік өске бекітілген магнит стрелкасы Жер магнит өрісінің горизонталь құраушысының бағытында орналасады. Магниттік иілу θ, бұрылу α және магнит өрісінің горизонталь құраушысы Жер магнит өрісінің негізгі параметрлеріне жатады. Жер магнит өрісінің горизонталь құраушысын тангенс - гальванометр деп аталатын құралмен анықтайды.

Бұл құралдың схема құрылысы 4-суретте көрсетілген. Ол құрал тік магниттік меридиан жазықтығында орналасқан бірнеше дөңгеленіп оралған сымнан тұрады. Осы контурдың ортасында магнит стрелкасы орналастырылады, контурдың диаметрі және орам саны құралда көрсетілген.

Алғашында контур жазықтығы магнит стрелкасының бағытымен сәйкес келетіндей етіліп алынған.

Контурдан ток өткен (жүрген) кезде ол магнит стрелкасына әсер ететіндей индукция векторы болатын магнит өрісін тудырады және ол - ге перпендикуляр () бағытталады. Осы екі өрістің әсерінен магнит стрелкасы қорытқы индукция векторы бағытында орналасады. 5-суреттен мынаны көреміз:

(4)

Био-Савар-Лаплас заңы бойынша контурдың центіріндегі магнит өрісінің индукциясы мынаған тең:

(5)

мұндағы n- контурдың орам саны, r- контурдың радиусы. (4) және (5) теңдеулерден былай жазуға болады:

(6)

Берілген құралдар үшін және Жердің берілген орны үшін тұрақты шама болады және оны тангенс-гальванометрдің тұрақтысы деп атайды. Сонда:

(7)

Өлшеген уақыттың ең аз қате стрелканың жуық шамамен 45⁰ бұрышқа бұрылғанда болады. Тангенс-гальванометрде осы бұрышқа сәйкес келетіндей етіп ток күші алынады. Құрылғының электр схемасы төмендегі 6-суретте көрсетілген.

2. Жұмыстың орындалу тәртібі.

1. Тангенс-гальванометрдің орамдар жазықтығын Жердің магнит меридианы бойынша орындалу керек.

2. Контурды ток көзіне қосады. Контурдағы ток шамасын реостат R- дің көмегімен өзгерте отырып қажетті мәніне I₁ жеткізеді және осыған сәйкес магнит стрелкасының бұрылу бұрышы φ₁ жазып алады.

1-кесте

№	I, [мА]	φ1	φ2		tg	[мк·Тл]
1. 2. 3. 4. 5.

3. Контурдағы ток I₁ бағытын кері бағытқа өзгерту арқылы магнит стрелкасының бұрылу бұрышы φ₂ жазып алады. Осы екі бұрыштың φ₁ және φ₂ берілген ток мәні I₁ үшін орта шамасы: алынады.

4. Ток күшінің бес түрлі мәні үшін тәжірибеде қайталанады. (6) формуланың көмегімен есептелінеді. Өлшеу нәтижелеріне матеметикалық өңдеу жасалынып, жұмыс нәтижесі 1 - ші кестеге толтырылады. n=400, r =13см. Соңғы нәтиже мына түрде жазылады:

3. Бақылау сұрақтары.

1. Жұмысты орындау реті?

2. Магнит өрісінің жалпы қасиеттері. Магнит өрісінің индукциясы оның СИ бойынша өлшем бірліктері?

3. Био-Савар-Лаплас заңы. Шексіз ұзын түзу токтың магнит өрісінің индукция формуласын қорытып шығару?

4. Био-Савар-Лаплас заңын дөңгелек ток центірінде, дөңгелек өсіндегі токтың магнит өрісінің индукция формуласын қорытып шығару?

5. Жердің магнит өрісі?

6. анықтау формуласын қорытып шығару?

7. Магнит ағыны қандай физикалық шама?

8. Магнит моменті қандай физикалық шама?

9. Салыстырмалы магнит өтімділігі дегеніміз не, ол қандай физикалық шама?

10. Магнит өрісінің кернеулігі және магнит индукциясы дегеніміз не, ортаның магниттік қасиеттерін түсіндір.

4. Әдебиеттер.

1. И. В. Савельев «Жалпы физика курсы» II т. 43-45, 50. Алматы. «Мектеп», 1977.

2. С. Э. Фриш және А. В. Тиморева «Жалпы физика курсы» II т., А. «Мектеп», 1970.

3. А. В. Кортнев, Ю. В. Рублев, А. Н. Куценко «Практикум по физике» Москва, 1965. 59 жұмыс, 331-336 беттер.

4. Н. Н. Майсова «Практикум по курсу общей физики», «Мектеп» 1970. №52 жұмыс.