Контрольные вопросы.
1. Нарисуйте схему последовательного соединения проводников. Выведите формулу общего сопротивления цепи последовательного соединенных сопротивлений.
2. Нарисуйте схему параллельного соединения проводников. Выведите формулу общего сопротивления цепи параллельного соединения проводников.
3. Выведите обобщенный закон Ома для неоднородного участка цепи.
4. Чему равно общее сопротивление 4-х проводников по 20 Ом каждый, включенный по схеме:
Таблица измерений
-
R
Ом
I
(А)
Iобщ
(А)
Rпрак
(Ом)
U
(В)
Uобщ
(В)
Последовательное соединение проводников
5
10
Параллельное соединение проводников
5
1
0
R
R
R R
Л А Б О Р А Т О Р Н А Я Р А Б О Т А
Изучение принципа суперпозиции магнитных полей. Определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля земли.
Цель работы: Изучить принцип суперпозиции магнитных полей на примере определения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.
Приборы и принадлежности: Источник постоянного тока (G4), тангенс-гальванометр (тг), амперметр(А), переключатель (S2), реостат (R14).
Теоретическое введение:
Земля представляет собой огромный магнит, который в окружающем Землю пространстве создает магнитное поле. Магнитные полюсы Земли не совпадают с географическими полюсами и со временем изменяют свое положение. Вектор индукции магнитного поля Земли на экваторе направлен горизонтально, у магнитных полюсов Земли - вертикально и всюду в других местах- под некоторым углом к горизонтальной плоскости. Направление вектора магнитной индукции поля Земли можно определить с помощью магнитной стрелки NS, подвешенной на тонкой нити (рис. 1). Магнитная стрелка устанавливается по направлению вектора B. Вертикальная плоскость, в которой установится стрелка, называется плоскостью магнитного меридиана. Так как магнитные полюса не совпадают с географическими, то стрелка будет отклонена от географического меридиана на некоторый угол , который называют магнитным склонением. На рис 1 угол магнитного склонения представлен как угол между плоскостями магнитного и географического меридианов. Угол, который образует магнитная стрелка с горизонтальной линией, лежащей в плоскости магнитного меридиана называют магнитным наклонением .
В
Bв
В
А
Bг
Рис.1 Рис. 2
A- плоскость географического меридиана. Для случая, когда плоскость B- плоскость магнитного меридиана совпадает с плоскостью ZOY.
Вектор индукции
магнитного поля Земли можно разложить
на две составляющие: горизонтальную
г
и вертикальную
в
(рис. 2) Величины
г,
,
- называют элементами земного магнетизма.
Если магнитная стрелка может вращаться только вокруг вертикальной оси, то она будет устанавливаться лишь под действием г . Это свойство используется для определения величины г с помощью специального прибора называемого тангенс-гальванометром.
Тангенс-гальванометр представляет собой плоский вертикальный виток радиуса R, в центре которого в горизонтальной плоскости расположена магнитная стрелка, способная вращаться только вокруг вертикальной оси (Рис.3а) Выберем прямоугольную систему координат таким образом, чтобы плоскость витка совпадала с плоскостью ZOY, лежащей в плоскости магнитного меридиана, а магнитная стрелка NS вращалась вокруг вертикальной оси, помещенной в точке O, при этом плоскость вращения магнитной стрелки совпадает с плоскостью XYZ. При отсутствии тока в витке стрелка устанавливается в плоскости магнитного меридиана ZOY. При пропускании тока по витку в центре его возникает магнитное поле, величину индукции которого можно определить, используя закон Био-Савара- Лапласа в общем виде:
dL
(1)
г
де
L - длина проводника произвольной
формы, r - расстояние от точки пространства
где определяется поле dB до элемента
проводника dL создающего это поле, I -
ток проводника,
- угол между направлениями тока I и
радиуса вектора r,
- относительная магнитная проницаемость
среды(для воздуха
=1) , 0
- магнитная постоянная равная 410-7
Гн/м.
Z
Рис.3 а Рис.3 б
Для случая кругового тока = 900 , r = R (где R - радиус витка) имеют постоянные значения для всех участков dL (рис.3 б). Длина проводника в этом случае L = 2R. Поэтому, в соответствии с формулой (1) индукция магнитного поля B в центре кругового тока равна:
(2)
Под действием
индукции
магнитная стрелка повернется на
некоторый угол ,
устанавливаясь в направлении
равнодействующей индукции двух полей
и
рис. 4. Из рисунка 4 видно,
что
или
подставляя в это уравнение значение Вх из уравнения (2) получим:
(3)
Зная величины тока I и угла можно
определить значение Br . Если вместо одного
витка с током I взять короткую катушку, Вх
состоящую
из n витков, то величина Br
Вх
будет в n раз больше S
(4)
Вг
N
R=100 мм - радиус, n = 10 - число витков.
Рис. 4