Измерение горизонтальной составляющей
Магнитного поля Земли и исследование
Магнитного поля кругового тока
Цель работы – измерить горизонтальную составляющую напряженности магнитного поля Земли; исследовать зависимость магнитного поля на оси кругового тока от расстояния до его центра и сравнить с теоретической зависимостью.
Теория и описание метода измерений
Земной шар – это громадный магнит со своим магнитным полем. Северный магнитный полюс Земли N расположен вблизи южного географического полюса, южный магнитный полюс S – вблизи северного географического полюса. Положение полюсов N и S определяет направление магнитной оси Земли и ее магнитного экватора. Для неэкваториальных областей земной поверхности вектор напряженности магнитного поля Земли представляет собой сумму горизонтальной Нг и вертикальной Нв составляющих поля. Нас интересует лишь горизонтальная составляющая магнитного поля Земли.
Метод определения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли основан на том, что к неизвестной величине Нг, направленной по магнитному меридиану, с помощью плоской катушки с током (плоского соленоида) добавляют поперечно направленное магнитное поле этой катушки Нг (рис. 1). В результате сложения образуется результирующее магнитное поле с напряженностью
. (1)
Напряженность магнитного поля на оси плоской круговой катушки с током можно найти, если воспользоваться законом Био–Савара–Лапласа и принципом суперпозиции полей:
|
|
(2)
где I – сила тока в катушке; N – число витков; R – радиус катушки; h – расстояние от плоскости катушки до точки наблюдения.
Рис. 1. Суперпозиция магнитного поля Земли и магнитного поля
катушки с током
Катушка считается настолько плоской, что напряженность магнитного поля всех N витков с токами находится простым умножением магнитного поля одного витка на число витков N в катушке.
Измерение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли
Для измерения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли необходимо поместить в центр плоской катушки, сориентированной своей плоскостью вдоль магнитного меридиана, компас и пропустить по катушке ток. В результате стрелка компаса установится по направлению результирующего магнитного поля, которое является суперпозицией магнитного поля Земли и магнитного поля кругового тока. Как видно из рис. 1 (напомним, что по условию ), тангенс угла отклонения стрелки компаса равен
. (3)
Из формул (2) и (3) следует, что tga пропорционален току I в круговой катушке:
|
|
, (4)
где
. (5)
Если компас находится в центре катушки (h = 0), то
. (6)
Построим график, по горизонтальной оси которого отложим значения величин тока I, а по вертикальной оси – значения tga, тогда получится прямая линия, угловой коэффициент наклона которой равен
. (7)
Экспериментально определив значение k, можно из (7) вычислить величину горизонтальной составляющей магнитного поля Земли:
. (8)
Таким образом, в рассмотренном методе погрешность определения величины горизонтальной составляющей магнитного поля Земли Нг определяется погрешностью определения углового коэффициента и погрешностью определения радиуса витка плоского соленоида.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 412; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!