РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРОЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ

Кафедра технической физики и физики горных пород

3 семестр

Аудитория 4-35A

Лабораторная работа № II-5 определение удельного заряда электрона по магнитному полю земли

Цель работы - ознакомление с основами электромагнетизма на примере изучения магнитного поля Земли и его воздействия на движущиеся заряды.

Приборы и принадлежности: источник постоянного напряжения, две кольцевые катушки, миллиамперметр, компас, электронно-лучевая трубка.

Введение

Магнитное поле возникает вокруг любого движущегося заряда. В вакууме магнитная индукция поля, создаваемого зарядом q, движущимся со скоростью определяется выражением:

(1)

или в скалярной форме:

, (1а)

где:

₀ - магнитная постоянная, равная 410^-7 Гн/м;

- вектор, проведенный от заряда в рассматриваемую точку поля;

α – угол между векторами и .

Помимо вектора магнитной индукции - , для характеристики магнитного поле вектор напряженности - .

В вакууме величины и связаны соотношением:

(2)

Внешнее магнитное поле действует на движущийся в нем заряд силой Лоренца, которая равна:

, (3)

где:

q - значение заряда;

- скорость движения заряда;

- индукция внешнего магнитного поля.

Многообразие движений электрических зарядов в недрах Земли и окружающем ее пространстве создает магнитное поле планеты, называемое геомагнитным полем. Несмотря на то, что напряженность магнитного поля Земли сравнительно невелика, Земля имеет примерно такое же поле, какое можно создать шарообразным стальным магнитом диаметром 600 км.

В любой точке на поверхности Земли магнитная стрелка, способная свободно вращаться относительно своего центра массы, устанавливается по направлению вектора напряженности геомагнитного поля. Этот вектор можно разложить на вертикальную и горизонтальную составляющие Н_в и Н_г, как это показано на рис.1. Вертикальная плоскость, в которой устанавливается магнитная стрелка, называется плоскостью магнитного меридиана, а линия ее пересечения с горизонтальной плоскостью - магнитным меридианом. Угол между направлением географического и магнитного меридианов называется магнитным отклонением, а угол между вектором и горизонтальной плоскостью - магнитным наклонением.

Магнитное поле Земли сложно и неустойчиво во времени. Оно обусловлено наложением (суперпозицией) двух полей:

а) магнитного поля, создаваемого - согласно существующей гипотезе - электрическими токами в ядре Земли, различным в различных точках Земли в связи с различной намагниченностью геологических образований; эти различия изучаются одним из методов геофизики - магниторазведкой;

б) магнитного поля, создаваемого внешними по отношению к Земле факторами.

Магнитное поле Земли испытывает вековые, годовые и суточные колебания. Во время магнитных бурь в нем возникают интенсивные аномалии вектора напряженности геомагнитного поля.

Поэтому, для того, чтобы использовать значение этого поля для решения практических задач, необходимо измерять значение непосредственно перед началом эксперимента.

В данной работе такой задачей является измерение удельного заряда электрона е/m. Решение задачи распадается на два экспериментальных этапа.

Этап 1. Измерение горизонтальной составляющей