- •Физика Электричество. Волновая оптика Комплекс к-303.2.Иэ
- •Кемерово 2009 содержание
- •Введение
- •1. Электроизмерительные приборы
- •1.1. Системы электроизмерительных приборов
- •1.2. Многопредельные электроизмерительные приборы
- •1.3. Правила пользования многопредельным прибором
- •2. Лабораторная работа №1 изучение квазистатических электрических полей
- •1. Цель работы
- •2. Подготовка к работе
- •3. Выполнение работы
- •3.1. Описание лабораторной установки
- •3 .2. Методика измерений
- •3.3. Подготовка установки к работе
- •3.4. Изучение электрического поля между двумя коаксиальными цилиндрами
- •3.5. Изучение электрического поля между цилиндром и проводящей плоскостью
- •3. Лабораторная работа № 2 Определение удельного сопротивления резистивного провода
- •3.2. Методика измерений и расчёта
- •3.3. Погрешности измерений
- •3.4. Подготовка установки к работе
- •3.5. Определение сопротивления провода по схеме (I)
- •3.6. Определение сопротивления провода по схеме (II)
- •3.7. Определение удельного сопротивления провода
- •4. Лабораторная работа № 3 определение горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля земли
- •3.2. Методика измерений и расчёта
- •3.3. Подготовка установки к работе
- •3.4. Произвольное положение витка с током
- •5. Лабораторная работа № 4 определение индуктивности катушки
- •3.3. Определение омического сопротивления катушки r
- •3.4. Определение полного сопротивления катушки в цепи переменного тока Zк
- •6. Лабораторная работа № 5 определение показателя преломления стекла интерференционным методом
- •7. Лабораторная работа № 6
- •3.2. Методика измерений и расчёта
- •3.3. Измерение основных характеристик дифракционной решетки
- •8. Лабораторная работа № 7 изучение закона малюса
- •3.2. Порядок выполнение измерений и расчётов
- •9. Вопросы для самоподготовки
- •10. Список литературы
- •Составители
- •Физика Электричество. Волновая оптика Комплекс к-303.2.Иэ
4. Лабораторная работа № 3 определение горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля земли
1. Цель работы
Определение горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля Земли с использованием закона Био – Савара – Лапласа.
2. Подготовка к работе
Прочитать в учебниках следующие параграфы: [1] §§ 40, 42; [2] §§ 22.1, 22.2; [4] §§ 50, 51. Для выполнения работы студент должен: а) знать закон Био – Савара – Лапласа и его применение для кругового витка с током; б) уметь пользоваться электроизмерительными приборами; в) уметь рассчитать погрешности измерений.
3. Выполнение работы
3.1. Описание лабораторной установки
В работе с помощью тангенс-гальванометра определяется горизонтальная составляющая вектора индукции магнитного поля Земли. Схема установки приведена на рис. 4.1. Тангенс-гальванометр G состоит из катушки большого диаметра, сод ержащей N витков тонкой изолированной проволоки, укрепленной на вращающейся подставке. В центре витков расположена маленькая магнитная стрелка, свободно вращающаяся вокруг вертикальной оси. Стрелка помещена в коробочку, на дне которой расположен лимб со шкалой. Для предохранения от воздушных потоков коробочка со стрелкой закрывается стеклянной крышкой.
3.2. Методика измерений и расчёта
Магнитное поле Земли имеет основную (постоянную) составляющую (её вклад ~ 99%, среднее значение В ~ 5 · 10–5 Тл), обусловленную конвективными токами, протекающими в жидком (металлическом) ядре, и переменную составляющую (её вклад ~ 1%), обусловленную токами в магнитосфере и ионосфере. До высот, равных ~ 3RЗ, магнитное поле Земли имеет дипольный характер, величина магнитного момента равна . Ось диполя наклонена на 11,5° к оси Земли, центр диполя смещен относительно центра Земли на 1140 км в сторону Тихого океана. Северный магнитный полюс находится вблизи южного географического (южный магнитный полюс – вблизи северного географического).
В каждой точке пространства геомагнитное поле в прямоугольной системе координат характеризуется тремя элементами: горизонтальной составляющей вектора , магнитным склонением D (угол между и плоскостью географического меридиана), магнитным наклонением (угол между и плоскостью горизонта). Для г. Кемерово можно полагать значения , = 1,55 10–5 Тл.
В центре О кругового витка радиуса R с электрическим током I вектор магнитной индукции равен
, (4.1)
где = 4 10–7 Гн/м – магнитная постоянная; – магнитная проницаемость среды, для воздуха .
Катушка тангенс-гальванометра содержит N витков, поэтому индукция в центре катушки
. (4.2)
Р асположим виток (ток по витку не идёт) так, чтобы плоскость витка (плоскость XOY) совпала с плоскостью магнитного меридиана, при этом магнитная стрелка и вектор (горизонтальная составляющая магнитного поля Земли) будут находиться в плоскости витка. Вектор магнитной индукции катушки с током будет при этом направлен по оси Z.
При включении тока I магнитная стрелка повернется на угол (на рис. 4.2 в горизонтальной плоскости углы φ1 или φ2 в зависимости от направления тока в катушке, которое изменяется переключателем П) и установится по направлению результирующего вектора (или ). На основании принципа суперпозиции полей
.
Зная угол поворота магнитной стрелки, можно найти горизонтальную составляющую магнитного поля Земли:
. (4.3)
При произвольном положении плоскости катушки по отношению к плоскости магнитного меридиана магнитную индукцию Земли можно рассчитать по формуле:
. (4.4)