Вектор индукции магнитного поля у поверхности земли (5 видео)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

Цель работы: определение индукции магнитного поля Земли.

Оборудование: катушки Гельмгольца, источник тока, реостат, тесламетр цифровой, датчик Холла, цифровой мультиметр, инклинатор — прибор, служащий для измерения величины наклонения силы земного магнетизма.

Описание установки

Экспериментальная установка представлена на рис. 6.

Катушки Гельмгольца (1) соединены последовательно и подключены к генератору постоянного тока (2) через реостат (3). Мультиметр (4) используется в качестве амперметра. Датчик Холла (5) подсоединен к тесламетру (6). (7)- инклинатор.

Задание 1. Определение индукции магнитного поля в катушках Гельмгольца и определение коэффициента пропорциональности системы.

1. Зафиксировать датчик Холла на штативном стержне так, чтобы цилиндрическая основа была направлена внутрь оси катушки в центре катушек Гельмгольца.

2. Отрегулировать нулевую точку тесламетра с помощью ручки а (рис.6).

3. Включить источник постоянного тока.

4. С помощью реостата изменять силу тока от нуля до (примерно 0,5 А) через 0,05 А, измеряя для каждого значения тока индукцию поля, создаваемого катушками Гельмгольца, . Результаты занести в табл.1.

Вектор индукции магнитного поля у поверхности земли

5. Построить график зависимости .

6. Определить по графику коэффициент пропорциональности , где – угол наклона графика .

7. Убрать датчик Холла из катушек Гельмгольца.

8. Отключить источник постоянного тока.

Примечание:Коэффициент можно получить, исходя из закона Био-Савара-Лапласа. Индукция магнитного поля внутри катушек равна

где – магнитная постоянная; – число витков в катушке; – сила тока в катушке, – радиус катушки Гельмгольца.

Для данной установки , , .

Задание 2. Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.

1. Расположить инклинатор между катушками так, чтобы центр круга совпадал с центром пары катушек. При этом повернуть его так, чтобы стрелка показывала 0 о (без тока). Чтобы убедиться в верном положении стрелки (север-юг) несколько раз надо осторожно повернуть стрелку. Возникшую силу трения можно уменьшить, слегка постучав по прибору.

2. Включить источник постоянного тока.

3. Измерить зависимость угла отклонения (рис.7) магнитной стрелки от своего начального положения от малых токов катушки. Можно использовать токи задания 1. Ток менять с помощью реостата.

4. Отключить генератор постоянного тока.

Рис. 7

5. Результаты занести в табл.2.

№ пп
…

Среднее значение

6. Индукцию магнитного поля, создаваемого катушками Гельмгольца, находим для каждого значения силы тока c использованием калибровочного коэффициента по формуле

7. Из рис.6 видно, что горизонтальная составляющая магнитного поля равна

Найти для каждого значения силы тока.

8. Рассчитать среднее значение:

9. Рассчитать абсолютные погрешности измерений:

10. Вычислить среднюю абсолютную погрешность:

11. Вычислить относительную погрешность:

12. Записать окончательный результат в виде:

Задание 3. Определение вертикальной составляющей магнитного поля Земли.

1. При катушках без тока повернуть градуированный круг инклинатора в вертикальную плоскость.

2. Определить угол между направлением стрелки и горизонталью.

3. Найти вертикальную составляющую магнитного поля (рис.8):

Задание 4. Определение индукции магнитного поля Земли.

1. Рассчитать индукцию магнитного поля Земли по формуле

(рис.8).

2. Сравнить с естественным полем Земли

( ).

3. Рассчитать относительную погрешность измерений по формуле:

Рис. 8

Контрольные вопросы

1. Что называется индукцией магнитного поля? В каких единицах она измеряется?

2. На какие объекты действует магнитное поле?

3. Что называется линией магнитной индукции? Как определяется направление магнитных силовых линий?

4. Как формулируется принцип суперпозиции магнитных полей?

5. Какое магнитное поле называется однородным? Изобразить его графически.

6. Что такое 1 Тл?

7. Сформулируйте закон Ампера.

8. Сформулируйте правило левой руки для определения силы Ампера.

9. Сформулируйте закон Био-Савара-Лапласа.

10. Написать формулу вращательного момента контура.

11. Дать определение магнитного момента контура. Как он направлен?

Лабораторная работа №39

ВРАЩЕНИЕ РАМКИ С ТОКОМ
В ОДНОРОДНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ

Цель работы: измерение вращающего момента сил, действующего на рамку с током в однородном магнитном поле.

Оборудование: проводящий контур (круглая рамка с тремя витками), измерительная установка с катушками Гельмгольца, блок питания катушек, блок питания контура, цифровые мультиметры, соединительные провода.

Видео:Индукция магнитного поля | Физика 9 класс #37 | ИнфоурокСкачать

ЗЕМНО́Й МАГНЕТИ́ЗМ

В книжной версии

Том 10. Москва, 2008, стр. 438-440

Скопировать библиографическую ссылку:

ЗЕМНО́Й МАГНЕТИ́ЗМ (геомагнетизм), магнитное поле Земли и околоземного космич. пространства; раздел геофизики, изучающий магнитное поле Земли и связанные с ним явления (магнетизм горных пород, теллурические токи , полярные сияния , токи в ионосфере и магнитосфере Земли).

Видео:Лабораторная работа 7п - "Определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли"Скачать

И элементы вектора геомагнитного поля

В первом приближении магнитное поле Земли подобно полю магнитного диполя (рис. 3.1), вектор магнитной индукции Т в точках магнитного экватора горизонтален, а на магнитных полюсах вертикален. На северном полюсе он направлен вниз, на южном — вверх. Модуль вектора увеличивается от экватора к каждому из полюсов примерно от 42 до 70 мкТл. Модуль соответствующего ему вектора напряженности магнитного поля Т изменяется от 33,4 до 55,7 А/м. Наилучшее совпадение поля диполя с фактическим наблюдается при условии, если магнитную ось диполя считать отклоненной от оси вращения Земли на 11,5°

Рис. 3.1. Магнитное поле Земли как поле диполя

Следует обратить внимание на то, что в северном полушарии, поскольку здесь вектор Т направлен вниз, расположен южный полюс диполя (по физической сущности у постоянных магнитов силу взаимного притяжения испытывают всегда разноименные полюсы). Несмотря на это, магнитный полюс северного полушария принято называть северным.

Из сказанного следует, что при переходе от одной точки поверхности Земли к другой вектор Т будет изменять и величину, и направление.

Если считать земное магнитное поле полем диполя, то для него потенциал определится по формуле:

Где М – магнитный момент Земли, равный 8,3 10 22 А*м2 или 8.3 10 25 ед. СГС, r – радиус Земли (6371 км), φ – магнитная широта.

Составляющие полного вектора индукции можно определить как производные по соответствующему направлению:

-(dU/dr) = Z = (2M/r 3 ) cos (90 – φ)

-(dU/rd(90 – φ)) = H = (M/r 3 )/sin(90 – φ). (3.2)

Полный вектор определится, как

T = (M/r 3 )[1+ 3cos2(90 – φ)] 1/2 , (3.3)

а магнитное наклонение

I 0 =arctg (Z/H) = 2 tgφ. (3.4)

При изучении геомагнитного поля условились использовать единую систему прямоугольных координат Ох, Оу, Оz, у которой оси Ох и Оу горизонтальны (ось Ох направлена на север, ось Оу — на восток), а ось Оz — вертикальна (направлена вниз) (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Элементы вектора геомагнитного поля

Полный вектор Т в большинстве точек земной поверхности не совпадает ни с одной из осей. Вертикальную плоскость, проходящую через вектор Т, называют плоскостью магнитного меридиана. Проекцию вектора Т на горизонтальную плоскость называют горизонтальной составляющей магнитной индукции и обозначают через Н. Очевидно, Н всегда располагается в плоскости магнитного меридиана. Иногда вместо Н рассматривают ее проекции на оси Ох и Оу, т.е. Н заменяют северной Х- и восточной Y- составляющими. Угол от географического меридиана до магнитного или от оси Ох до Н, отсчитанный по часовой стрелке, называют магнитным склонением или просто склонением и обозначают через D. Угол между вектором Т и Н — составляющей или угол наклона T к горизонту называют наклонением и обозначают через I. Эти составляющие и углы принято называть элементами земного магнетизма или элементами вектора геомагнитного поля.

Для полной характеристики поля достаточно знать три из них, например D, I,. и Н, или D, Н и Z, или X, У и Z. Часто измеряют D, I, и Н, по которым можно вычислить все другие элементы по формулам

Х=НсоsD, Y=НsinD, Z=HtgI, Т=Н/соsI (3.5)

В магниторазведке при решении некоторых задач оперируют вектором напряженности поля. Будем обозначать модули вектора магнитной индукции и его составляющих через Т, Z, Н, Х, Y, а модули элементов вектора напряженности геомагнитного поля и его составляющих через Т 0 , Z 0 , Н 0 , X 0 , Y 0 .

Единицы измерения магнитных величин

Величина	Ед. СИ	Ед. СГС	Связь
Магнитный потенциал	Ампер	Ед. СГС	1ед. СГС =10/4π А
Магнитная индукция	Тесла	Гаусс	1 Гс = 10 -4 Тл
Поток магнитной индукции	Вебер	Максвелл	1 Мкс = 10 -8 Вб
Напряженность поля	Ампер/метр	Эрстед	1 Э = 1000/4π А/м
Абсолютная магнитная проницаемость	Генри/метр	Ед. СГС	μ₀μ (СГС) = μ_А (СИ)
Магнитная восприимчивость	Ед. Си	Ед.СГС	1 ед. СГС = 4π ед. СИ
Магнитный момент	А/м 2	Ед. СГС	1 ед. СГС = 10 -3 А/м
Намагниченность	А/м	Ед. СГС	1 ед.СГС = 1000 А/м