Движение / КП 1 / Физика для 1 и 2 курса / Лаб.раб_физика / Лаб.раб_23

Мурманский филиал ПГУПС

Лабораторная работа по физике № 23

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

Мурманск

2012

2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

Цель: Изучить закон Био-Савара-Лапласа. Научиться определять горизонтальную составляющую напряженности магнитного поля Земли.

Оборудование: 1. Источник тока (4 В).

2.Компас.

3.Амперметр.

4.Реостат.

5.Двухпозиционный переключатель.

6.Круглая рамка с N витками.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.

1. Закон Био-Савара-Лапласа.

Если по проводнику течет постоянный ток, то в пространстве, в котором находится этот проводник, появляется постоянное магнитное поле. Силовые линии этого магнитного поля охватывают проводник. В точке М на некотором расстоянии r от элемента проводника dl с током I напряженность магнитного поля определяется законом Био-Савара-Лапласа:

	dH =	Idlsinβ			(1)
		4πr2
	где β – угол между радиусом – вектором r и элементом тока I·dl, или в
	векторной форме:
			r
		I dl
	dH =				(2)
		4πr3

Из формулы (2) видно, что dH перпендикулярно плоскости, содержащей

I dl и r . Полная напряженность магнитного поля проводника с током

H = ∫dH

l

dH

r M I β

dl

3

Направление линий напряженности магнитного поля определяется с помощью правила буравчика. В центре кругового витка с током вектор напряженности магнитного поля направлен перпендикулярно к плоскости витка.

В экспериментальной установке используется очень короткая катушка с числом витков N=200. В случае такой катушки формула (1) примет вид:

H =	NI	(3)
	2R

Формула (3) представляет собой следствие из общего закона Био-Савара-Лапласса, выражаемого формулой (1), и дает возможность, зная силу тока и радиус окружности, рассчитать напряженность поля Н, создаваемого в центре кругового тока.

2. Магнитная стрелка в магнитном поле Земли.

Если подвесить магнитную стрелку NS на нити так, чтобы точка подвеса O совпадала с центром тяжести стрелки, то последняя установится по направлению касательной к силовой линии магнитного поля Земли. В северном полушарии – южный конец стрелки будет наклонен и составит с горизонтом Г угол наклонения θ (на магнитном экваторе наклонение θ = 0). Вертикальная плоскость, в которой расположится стрелка, называется плоскостью магнитного меридиана.

				С
		O	α	N
			θ
	Г	θα		Г
	S
	Ю

Так как магнитные полюсы не совпадают с географическими полюсами, то стрелка будет отклонена от географического меридиана. Угол, который образует вертикальная плоскость, проходящая через стрелку (т.е. магнитный меридиан), с географическим меридианом, называется магнитным

склонением α . Вектор Hз полной напряженности магнитного поля Земли

можно разложить на две составляющие: горизонтальную Hг и вертикальную

Hв . Значение углов склонения и наклонения, а также горизонтальной

составляющей Hг дают возможность определить величину и направление

полной напряженности магнитного поля Земли в данной географической точке.

Если магнитная стрелка может свободно вращаться лишь вокруг вертикальной оси, то она будет устанавливаться под действием горизонтальной составляющей магнитного поля Земли в плоскости магнитного меридиана.

4

3. Описание установки.

Поместим магнитную стрелку в центре витка. Если ток в витке отсутствует, то магнитная стрелка располагается в плоскости магнитного меридиана поля Земли. Ориентируем виток так, чтобы он находился в плоскости магнитного меридиана Земли, тогда и стрелка окажется в его плоскости.

Если теперь включить в витке ток, то на стрелку будет действовать еще и

поле H , создаваемое током; стрелка примет направление некоторого

результирующего магнитного		поля		, которое представляет собой
			Hрез
геометрическую сумму полей	H	и Hг	, как показано на рисунке:
H				Hрез
		φ
				Hг

Таким образом, при включении тока стрелка повернется на угол φ относительно своего первоначального направления, совпадающего с полем

Hг . Из рисунка видно, что

H = Hг tgφ

(4)

С другой стороны напряженность поля в центре витка с током можно найти по формуле (3). Приравнивая (3) и (4), найдем горизонтальную составляющую напряженности магнитного поля Земли для данного местоположения:

Hг =	N I	(5)
	2R tgφ

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ.

1. Собирают схему.

ε

А

R

5

2.Компас устанавливают в центр витка. При отсутствии тока весь прибор поворачивают так, чтобы плоскость витка совпадала с направлением магнитной стрелки.

3.Замыкают цепь. После, того как стрелка компаса остановится, измеряют угол отклонения φ1 и ток I.

4.Переключателем изменяют направление тока и измеряют угол отклонения стрелки в другую сторону φ2 . (для расчетов по формуле (5) берут среднее значение угла)

5.Вычисляют Hг по формуле (5), данные заносят в таблицу.

6.Опыт повторяют несколько раз, изменяя силу тока при помощи реостата.

№ п/п	I, A	φ1 , град	φ2 , град	φср , град	Hг , А/м	Hг , А/м
1							R =	м
2
3							N =
4
5
				среднее

Контрольные вопросы к лабораторной работе

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ»

1.Вектор напряженности магнитного поля, направление вектора напряженности.

2.Закон Био-Савара-Лапласа.

3.Связь напряженности и индукции магнитного поля.

4.Сила Лоренца.

5.Сила Ампера.