ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 35.

ВИЗНАЧЕННЯ НАПРУЖЕНОСТІ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛІ.

Прилади та матеріали: тангенс–гальванометр, міліамперметр, реостат, акумулятор, прилад для визначення магнітного нахилення, перемикач.

Теоретична частина

Перед тим як приступити до виконання даної лабораторної роботи необхідно дослідити теоретичний матеріал по рекомендованій літературі.

Елементи земного магнетизму.

Земля в цілому являє собою велетенський кульовий магніт. В будь–якій точці простору, що оточує Землю, і на її поверхні виявляється дія магнітних сил. Наближений характер магнітного поля Землі зображений на рис. 1.

Північний магнітний полюс знаходиться на південному геогра­фічному полюсі а південний навпаки. Існування магнітного поля в будь–якій точці Землі можна виявити за допомогою магнітної стрілки. Якщо підвісити магнітну стрілку NS на нитці (рис. 2) так, щоб точка підвісу співпадала з центром ваги стрілки, то стрілка зорієнтується по напрямі дотичної до силової лінії магнітного поля Землі. В північній півкулі – південний кінець буде нахилений до Землі і стрілка утворить з горизонтом кут . На екваторі . Вертикальна площина, в якій розташується стрілка, називається площиною магнітного меридіана. Всі площини магнітних меридіанів перетинаються по прямій NS (рис. 1), а кінці їх на поверхні Землі сходяться в магнітних полюсах N і S. Так як магнітні полюси не співпадають з географічними, то стрілка буде відхилена від географічного меридіана. Кут утворений вертикальною площиною, що проходить через стрілку (магнітний меридіан) та географічним меридіаном, називають, магнітним схиленням (рис. 2).

Вектор напруженості магнітного поля Землі можна розкласти на дві складові – горизонтальну і вертикальну (Рис. 3). Значення кутів нахилення і схилення, а також горизонтальні складові дає можливість визначити величину і напрям повної напруженості магнітного поля Землі в даній точці. Якщо магнітна стрілка може обертатися навколо вертикальної осі, то вона буде встановлюватись під дією горизонтальної складової магнітного поля Землі в площині магнітного меридіана. Горизонтальна складова , магнітне схилення і нахилення називаються елементами земного магнетизму. Всі елементи земного магнетизму змінні, так як магнітні полюси переміщуються з часом.

Тангенс – гальванометр.

Для експериментального визначення горизонтальної складової магнітного поля Землі користуються тангенс – гальванометром.

Розглянемо коловий провідник з n витків, що розташовані вертикально в площині меридіана. В центрі витка помістимо магнітну стрілку, що обертається навколо вертикальної осі. Якщо по котушці пропустити електричний струм І, то виникне магнітне поле з напруженістю Н_G, направлене перпендикулярно до площини котушки.

Таким чином, на стрілку буде діяти два взаємно перпендикулярних магнітних поля: магнітне поле Землі і магнітне поле струму.

Стрілка зорієнтується в напрямі рівнодіючої Н, тобто по діагоналі паралелограма, сторонами якого будуть вектор напруженості магнітного поля струму і Н₀. З рис. 4 одержимо:

Тоді:

Звідси:

(а)

З формули (а) можна визначити величину струму І і тому такий прилад можна використати для вимірювання струму. Цей прилад і називається тангенс – гальванометром.

Електрична схема установки зображена на рис. 5.

Для визначення напруженості магнітного поля Землі необхідно знати магнітне нахилення для даної точки Землі. Для цього користуються магнітної стрілкою насадженою на горизонтальну вісь. Стрілка орієнтується по дотичній до магнітного меридіана.

Знаючи кут нахилення і горизонтальну складову напруженості поля Землі (рис. 3) можна визначити: ;

Підставивши значення Н₀ , одержимо: (б)

N – кількість витків тангенс – гальванометра, І – струм в обмотці, R – радіус витків тангенс – гальванометра.