4.4. Дополнительное задание

1) Определить значения сопротивлений R_1X и R_2X методом наименьших квадратов, описанным в методических указаниях [6], по зависимости I = I(U).

2) Рассчитать погрешность измерений для сопротивлений R_1X и R_2X.

4.5. Контрольные вопросы

1) Электрический ток. Направление электрического тока. Сила тока. Плотность тока.

2) От чего зависит сопротивление проводника?

3) Последовательное и параллельное соединение проводников.

4) Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС.

Лабораторная работа 5

ГОРИЗОНТАЛЬНая СОСТАВЛЯЮЩая

МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

Цель работы:

1) изучить методы измерения слабых магнитных полей;

2) измерить горизонтальную составляющую вектора индукции магнитного поля Земли.

5.1. Сведения из теории

Индикатором магнитного поля Земли может служить магнитная стрелка, которая устанавливается вдоль силовой линии магнитного поля. Вертикальная плоскость, проведенная через продольную ось магнитной стрелки, называется плоскостью магнитного меридиана. Магнитное поле Земли характеризуется вектором индукции, который в любой точке пространства вблизи поверхности Земли (за исключением магнитной экваториальной области) имеет две составляющие: горизонтальную и вертикальную. Магнитная стрелка помогает определить направление горизонтальной составляющей вектора индукции.

Если на магнитную стрелку кроме земного магнитного поля будет действовать некоторое дополнительное магнитное поле , созданное другим источником, то вследствие наложения этих полей образуется результирующее магнитное поле (рис. 5.1), под действием которого магнитная стрелка повернется на угол φ. Зная величину дополнительного магнитного поля, из соотношения

(5.1)

можно определить величину горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля Земли.

Источником дополнительного магнитного поля может служить многовитковая рамка с током.

Например, рамка, имеющая форму окружности, при протекании по ней тока силой I создает в центре магнитное поле c индукцией, определяемой по формуле:

, (5.2)

где ₀ = 4 ∙10^–7 Гн/м – магнитная постоянная; R – радиус рамки; N – число витков.

Рамка в виде прямоугольника со сторонами а и b создает в центре магнитное поле c индукцией, рассчитываемой по уравнению:

(5.3)

Рамка в виде равностороннего треугольника со стороной а создает в центре индукцию, вычисляемую по формуле:

. (5.4)

Формулы (5.2) – (5.4) можно получить, используя закон Био-Савара-Лапласа и принцип суперпозиции магнитных полей.

5.2. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка включает в себя компас, многовитковую рамку, расположенную в вертикальной плоскости, источник питания, миллиамперметр, регулятор силы тока в рамке, а также тумблеры, позволяющие менять число витков рамки и направление тока в рамке.

5.3. Порядок выполнения работы

1) Получить рабочую формулу для определения величины горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля Земли по формуле (5.1) с учетом формы рамки, см. формулы (5.2) – (5.4).

2) Измерить геометрические размеры рамки и записать их значения в рабочую тетрадь.

3) На горизонтальной плоскости, проходящей через рамку, расположить в центре рамки компас, являющийся индикатором магнитного поля.

4) Установить по компасу рамку в плоскости магнитного меридиана. Для этого следует поворачивать установку с рамкой до тех пор, пока стрелка компаса не окажется параллельной вертикальной плоскости многовитковой рамки.

5) Подключить источник питания к электрической сети 220 В и нажатием красной кнопки включить его.

6) Регулировкой силы тока добиться отклонения стрелки компаса на угол ₁, равный 30°.

7) Измерить силу тока в рамке.

8) Изменить тумблером направление тока в рамке, не меняя силу тока, и определить угол поворота ₂ стрелки компаса.

9) Найти среднее значение угла поворота стрелки компаса при данной силе тока.

10) Полученные данные записать в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Результаты измерений для определения величины В_г

Номер опыта	Значение параметров измеряемых величин
	I, A	1	2		В, Тл	Вг, Тл
1
2
3

11) Выполнить операции, описанные в п. 6 – 10, для углов ₁, равных 15, 45.

12) Вычислить значение индукции В магнитного поля в центре рамки по одной из формул (5.2) – (5.4) (в зависимости от формы рамки) и значение горизонтальной составляющей В_г вектора индукции магнитного поля Земли для каждого опыта. Полученные значения записать в табл. 5.1.

13) Вычислить среднее значение < В_г > и сравнить его с табличным значением (В_{г табл} = 2,0∙10^5 Тл).

14) Вычислить погрешности измерений В_г по формулам для прямых измерений.

15) Сделать вывод по результатам измерений.