Лабораторная работа №3 определение горизонтальной составляющей магнитного поля земли
Цель эксперимента: определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли с помощью тангенс-гальванометра.
Оборудование:
тангенс-гальванометр
источник постоянного тока
мультиметр
Основные понятия
Для определения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли используют прибор, называемый тангенс-гальванометром. Прибор представляет собой катушку диаметром 0.21 м, содержащую 6 витков изолированного провода. В центре катушки на горизонтальной площадке расположена магнитная стрелка. Стрелка находится в корпусе, на котором имеется шкала для отсчета угла поворота. Корпус закреплен так, что линия 0-180° шкалы совпадает с плоскостью катушки тангенс-гальванометра.
При отсутствии тока в катушке магнитная стрелка устанавливается по направлению вектора индукции магнитного поля Земли, точнее, в направлении его горизонтальной составляющей. Поворачивая прибор вокруг вертикальной оси, можно совместить плоскость катушки с направлением горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли. Если по катушке пропустить ток, то он создаст свое магнитное поле. Вектор индукции этого поля в центре катушки направлен по оси катушки, т. е. лежит в горизонтальной плоскости, а величина его Bk равна:
(1)
где I - сила тока в катушке, N - число витков, R - радиус катушки, D- диаметр катушки магнитная постоянная.
Горизонтальная составляющая индукции магнитного поля в центре катушкиВ представляет собой векторную сумму поля катушки Вk и горизонтальной составляющей магнитного поля Земли ВГ(рисунок 1). Именно в направлении вектора В и ориентируется магнитная стрелка. Из рисунка 1 видно, что
(2)
где а - это угол между направлением магнитной стрелки и плоскостью катушки. Таким образом, зависимость тангенса угла отклонения магнитной стрелки от индукции магнитного поля катушки является линейной. Угловой коэффициент А прямой, построенной в координатах (Вк, tga), определяется величиной горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли.
Рисунок 1 Суперпозиция
магнитного поля Земли и
магнитного поля катушки
При выполнении эксперимента Вам необходимо измерить угол отклонения магнитной стрелки при различных значениях тока в катушке тангенс-гальванометра, построить зависимость тангенса угла отклонения стрелки от индукции магнитного поля катушки и определить горизонтальную составляющую магнитного поля Земли.
Описание лабораторной установки
На рисунке 2 представлен внешний вид тангенс-гальванометра - прибора для измерения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли. Для того чтобы не искажать измеряемое магнитное поле, штатив прибора изготовлен из немагнитных материалов. На основании штатива размещены два параллельно соединенных резистора, общее сопротивление которых равно 12 Ом, и имеются клеммы для подключения источника питания и мультиметра. Сопротивление 12 Ом служит для защиты источника питания от перегрузки и используется для определения силы тока в катушке тангенс-гальванометра.
Рисунок 2.
Тангенс-гальванометр
Проведение эксперимента и обработка результатов измерений
Данные об измерительных приборах внесите в таблицу 1.
таблица 1 Характеристики приборов измерения:
Прибор | Предел измерений | Цена деления | Погрешность прибора |
тангенс-гальванометр |
|
|
|
мультиметр |
|
|
|
Рисунок 3 Схема лабораторной установки
1-тангенс-гальванометр, 2-мультиметр, 3-истчник питания
Соберите электрическую цепь, представленную на рисунке 3. Мультиметр включите в режим измерения постоянного напряжения до 20V.
Вращая катушку тангенс-гальванометра вокруг вертикальной оси, совместите северный полюс магнитной стрелки с нулевым делением шкалы компаса.
Включите источник питания, установите минимальный уровень выходного напряжения и плавно увеличивайте его до тех пор, пока стрелка компаса не начнет отклоняться. Если стрелка отклонилась в область углов 270° - 360°, измените полярность подключения источника питания. После успокоения колебаний магнитной стрелки, запишите в таблицу значение угла ее отклонения. (Цена деления шкалы - 5°.)
Запишите в таблицу показания мультиметра и продолжите эксперимент, последовательно увеличивая выходное напряжение источника питания и внося показания мультиметра в таблицу. При проведении измерений сила тока в цепи не должна превышать 0,5 А, что соответствует напряжению 6В, измеряемому мультиметром. После достижения этого значения повторите измерения при постепенном уменьшении напряжения источника питания.
Для обработки данных воспользуйтесь таблицей 3. Первый столбец таблицы содержит значения падения напряжения на резисторе R. Во втором столбце таблицы записаны значения углов отклонения магнитной стрелки. Сила протекающего через катушку тангенс-гальвонометра тока (I) рассчитывается в третьем столбце на основе закона Ома. В четвертый столбец таблицы вписываются вычисленные значения индукции магнитного поля, создаваемого катушкой тангенс-гальвонометра в месте расположения магнитной стрелки. При этом используется формула (1). Пятый столбец таблицы предназначен для вычисления тангенса угла отклонения магнитной стрелки.
Для определения величины горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли необходимо построить график зависимости тангенса угла отклонения магнитной стрелки от индукции магнитного поля катушки. Для построения зависимости отложите по оси ординат значения тангенса угла отклонения магнитной стрелки, а по оси абсцисс - соответствующие им величины индукции магнитного поля катушки. Вы увидите, что полученная зависимость близка к линейной.
Горизонтальная составляющая магнитного поля Земли ВГ вычисляется как величина, обратная угловому коэффициенту k прямой, построенной по экспериментальным данным на графике: Bг=1/k.
Таблица 3
№ | U, B | а, град | IK=U/R,A | Вк,Тл | tga |
|
|
|
|
|
|
Лабораторная работа №4
- «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (мади)»
- Определение удельного сопротивления нихромовой проволоки
- Определение сопротивления методом моста уитстона
- Лабораторная работа №3 определение горизонтальной составляющей магнитного поля земли
- Движение заряженной частицы в электрическом поле
- Цепи постоянного тока
- Электромагнитная индукция
- Определение удельного сопротивления нихромовой проволоки
- Вычисление погрешности определения сопротивления
- Определение сопротивления методом моста Уитстона.
- Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли
- Движение заряженной частицы в электрическом поле
- Цепи постоянного тока
- Расчетная схема Расчет
- Электромагнитная индукция