Определение горизонтальной составляющей вектора напряженности магнитного

Работа 20

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ВЕКТОРА НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО

ПОЛЯ ЗЕМЛИ

Цель работы: Изучение магнитного поля кругового тока. Ознакомление с основами учения о земном магнетизме.

Приборы и принадлежности: 1.Источник постоянного тока. 2.Реостат. 3. Амперметр.4. Переключатель.5. Тангенс- гальванометр.

Элементы земного магнетизма

 

Земля в целом представляет собой огромный магнит. В пространстве, окружающем Землю, существует магнитное поле, силовые линии которого изображены на рис.1.Северный магнитный полюс находится у южного географического, а южный магнитный - у северного географического. Магнитное поле земли на экваторе направлено горизонтально, а у магнитных полюсов вертикально. В остальных точках земной поверхности магнитное поле земли направлено под некоторым углом.

 

Существование магнитного поля в любой точке Земли можно установить с помощью магнитной стрелки. Если подвесить магнитную стрелку NS на нити L (рис. 2) так, чтобы точка подвеса совпадала с центром тяжести, то стрелка установится по направлению касательной к силовой линии магнитного поля Земли.

 

 

	К центру Земли

 

 

В северном полушарии южный конец будет направлен к Земле, и ось стрелки составит с горизонтом угол наклона (на магнитном экваторе наклонение , равно 0). Вертикальная плоскость в которой расположится ось стрелки, называется плоскостью магнитного меридиана. Все плоскости магнитных меридианов пересекаются по прямой NS, а следы магнитных меридианов на поверхности Земли находятся в магнитных полюсах N и S. Так как магнитные полюса не совпадают с географическими, то ось стрелки будет отклоняться от географического меридиана. Угол, который образует вертикальная плоскость, проходящая через ось магнитной стрелки (магнитный меридиан), с географическим меридианом, называется магнитным склонением (рис. 2). Вектор полной напряженности магнитного поля Земли можно разложить на две составляющие: горизонтальную и вертикальную . Значения углов склонения и наклонения, а также горизонтальной составляющей вектора даст возможность определить величину и направление полной напряженности магнитного поля Земли в данной точке. Если магнитная стрелка может свободно вращаться лишь вокруг вертикальной оси, то она будет устанавливаться под действием горизонтальной составляющей магнитного поля Земли в плоскости магнитного меридиана. Горизонтальная составляющая , магнитное склонение и наклонение называется элементами земного магнетизма.

Различают восточное и западное склонение(северный полюс стрелки отклоняется вправо или влево от географического меридиана).

Наклонение бывает северное и южное (северный или южный конец стрелки располагается выше или ниже горизонтальной плоскости). Эти два угла являются магнитными координатами данной точки. Например, для Москвы = 8° (восточное склонение), =70° (северное наклонение).

Элементы земного магнетизма плавно изменяются при переходе от одной точки к другой. Если же наблюдаются нарушения в этом плавном изменении, то говорят, что в данной местности наблюдается магнитная аномалия. Аномалии связаны с большими залежами магнитных руд, например, Курская магнитная аномалия.

Напряженность магнитного поля Земли сравнительно невелика, однако, наличие земного магнетизма проявляется существенным образом в целом ряде географических и других явлений. К таким явлениям относятся полярные сияния и захват заряженных частиц из космического пространства в своеобразные ловушки, которые называются радиационными поясами Земли.

Некоторые биофизические эксперименты позволят предполагать, что пространственная ориентация птиц при дальних сезонных перелетах связана с их способностью ощущать направление магнитных силовых линий.

 

Порядок выполнения работы и обработка

Результатов измерений

 

1.Собирают установку по схеме (рис. 6) и, не включая тока, поворачивают подставку тангенс- гальванометра так, чтобы витки его катушки оказались в плоскости магнитного меридиана (см. выше).

 

	Рис.6

 

2. Включают установку и устанавливают реостатом ток I, подбирая определенный угол отклонения стрелки (в пределах 35°-55°). Дождавшись, когда стрелка придет в равновесие, отсчитывают угол её отклонения . Данные значений I и заносят в табл. 1.

 

Таблица 1

Номер опыта	I	Номер измерений
1		1
2
3
2		1
2
3
3		1
2
3

 

3. Не изменяя ток по величине, изменяют его направление переключателем П, измеряют и записывают в таблицу значения угла .

4. Проверяют нулевую установку прибора и повторяют измерения при том же токе еще два раза.

Вычисляют среднее арифметическое значение угла при заданном токе I

.

5. Аналогично проделывают несколько опытов при различных токах, беря углы отклонения стрелки в тех же пределах (35?-55?); результаты заносят в таблицу.

6. Для каждого опыта по формуле (7) вычисляют H₀ и заносят в табл.2. Для вычисления используют среднее арифметические значения угла .Затем рассчитывают по формуле:

Таблица 2

Номер опыта	I	n	R
1
2
3

7. Производят оценку погрешностей измерений H₀. Определяют среднюю арифметическую ошибку измерения H₀ по формуле:

,

где .

Окончательный результат измерения записывают в виде

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое магнитное поле тока? Как проявляется его действие?

2. Определите элементы земного магнетизма.

3. Сформулируйте закон Био-Савара-Лапласа. Как определить направление ?

4. Чему равна напряженность магнитного поля в центре кругового тока?

5. Объясните устройство и принцип действия тангенс - гальванометра?

6. Почему следует ориентировать катушку тангенс - гальванометра?

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Савельев И. В., Курс общей физики.- М.; Высшая школа, 1990 г.

2.Детлаф А. А., Яворский Б. М., Курс общей физики. - М.; Высшая школа, 2001г. 608 с.

3. Яновский Б. М., Земной магнетизм. – Л.; 1978г., 278 с.

4. Гринчар Н. А., Денисов Ф. П. и др. Расчет погрешностей в лабораторных работах физического практикума. - М.; МИИТ, 1995г.

Работа 22

Введение

 

В настоящей работе используется «метод магнетрона» для теоретического и экспериментального определения индукции магнитного поля. Название метода связано с тем, что применяемая в работе конфигурация электрического и магнитного полей примерно отражает геометрию этих полей в магнетронах-генераторах электромагнитных колебаний в области сверхвысоких частот. Если конфигурация соответствующих полей задана и экспериментально определена траектория движения электрона, то по e/m и параметрам экспериментальной установки могут быть найдены некоторые характеристики этих полей, например, индукция магнитного поля.

 

Порядок выполнения работы

 

1. Ознакомьтесь со схемой измерения, изображенной на стенде, и указаниями к работе, приведенными на стенде.

2. Определите и зафиксируйте в бланке отчета цену деления измерительных приборов.

3. Включите блоки питания лампы и соленоида. Силу тока в соленоиде установите равной нулю.

4. Установите анодное напряжение U_a1 в соответствии с указаниями на стенде и снимите зависимость I_a = f(I_c). При этом ток анода отсчитывается в делениях шкалы миллиамперметра. Результаты занесите в таблицу 1.

5. Повторите опыт, описанный в п.п. 3, 4, при двух других значениях анодного напряжения в соответствии с указаниями на стенде.

6. Постройте графики зависимости I_a = f(I_c), из которых определите величины токов соленоида, соответствующие критическому режиму I_{с кр}, а затем по формуле (1) рассчитайте значения B_кр. Результаты занесите в таблицу 2.

7. По формуле (9), используя табличное значение удельного заряда электрона e/m = 1,76·10¹¹ Кл/кг, а также значения радиуса анода и анодного напряжения, приведенные на стенде, рассчитайте для заданных условий теоретические значения B_кр, а затем по формуле (1) - соответствующие значения критических токов соленоида. Результаты занесите в таблицу 2.

8. Убедитесь, что теоретические значения I_{с кр} попадают в область спада соответствующих характеристик, что будет свидетельствовать о правильности выполненных измерений.

 

 

Таблица 1

№		Анодный ток Ia, в делениях шкалы миллиамперметра
п/п	Ic, А	Ua1 =..., В	Ua2 =..., В	Ua3 =..., В

 

Таблица 2

 

	экспериментальные значения	Теоретические значения
Ua, B	Iс кр, А	Bкр, Тл	Iс кр, А	Bкр, Тл

 

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. В чем состоит метод, применяемый в данной работе?

2. Напишите формулу для вычисления силы Лоренца.

3. Как меняется траектория движения электрона при изменении внешнего магнитного поля?

4. Какой режим работы измерительной схемы соответствует критическому?

5. От чего зависит коэффициент пропорциональности K между силой тока соленоида I_c и величиной магнитной индукции на его оси?

6. Укажите возможные причины сглаживания зависимости анодного тока от индукции магнитного поля в соленоиде.

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Савельев И. В. Курс общей физики. - М.; - Наука, 1988 г., т. 2.

2. Лабораторные занятия по физике /Под ред. Голдина Л. Л. - М.; Наука,
1983 г.

3. Калашников C. Г. Электричество. - М.; Наука, 1977 г.

4. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики.-М.;- Высшая школа, 2000г.

 

 

Работа 90

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое вольт-амперная характеристика вакуумного диода (ВАХ)?

2. На каком участке ВАХ выполняется «закон трех вторых»?

3. Какое влияние оказывает пространственный заряд на движение
электронов в диоде?

4. Как изменится ВАХ вакуумного диода при увеличении тока накала?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Сивухин Л.В. Общий курс физики. – М.: Наука, 1983. Т.3. Электричество, § 101.

2. Лабораторные занятия по физике. – М.: Наука, 1983.

3. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики.-М.;- Высшая школа, 2000г.

 

Работа 20

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ВЕКТОРА НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО

ПОЛЯ ЗЕМЛИ

Цель работы: Изучение магнитного поля кругового тока. Ознакомление с основами учения о земном магнетизме.

Приборы и принадлежности: 1.Источник постоянного тока. 2.Реостат. 3. Амперметр.4. Переключатель.5. Тангенс- гальванометр.

Элементы земного магнетизма

 

Земля в целом представляет собой огромный магнит. В пространстве, окружающем Землю, существует магнитное поле, силовые линии которого изображены на рис.1.Северный магнитный полюс находится у южного географического, а южный магнитный - у северного географического. Магнитное поле земли на экваторе направлено горизонтально, а у магнитных полюсов вертикально. В остальных точках земной поверхности магнитное поле земли направлено под некоторым углом.

 

Существование магнитного поля в любой точке Земли можно установить с помощью магнитной стрелки. Если подвесить магнитную стрелку NS на нити L (рис. 2) так, чтобы точка подвеса совпадала с центром тяжести, то стрелка установится по направлению касательной к силовой линии магнитного поля Земли.

 

 

	К центру Земли

 

 

В северном полушарии южный конец будет направлен к Земле, и ось стрелки составит с горизонтом угол наклона (на магнитном экваторе наклонение , равно 0). Вертикальная плоскость в которой расположится ось стрелки, называется плоскостью магнитного меридиана. Все плоскости магнитных меридианов пересекаются по прямой NS, а следы магнитных меридианов на поверхности Земли находятся в магнитных полюсах N и S. Так как магнитные полюса не совпадают с географическими, то ось стрелки будет отклоняться от географического меридиана. Угол, который образует вертикальная плоскость, проходящая через ось магнитной стрелки (магнитный меридиан), с географическим меридианом, называется магнитным склонением (рис. 2). Вектор полной напряженности магнитного поля Земли можно разложить на две составляющие: горизонтальную и вертикальную . Значения углов склонения и наклонения, а также горизонтальной составляющей вектора даст возможность определить величину и направление полной напряженности магнитного поля Земли в данной точке. Если магнитная стрелка может свободно вращаться лишь вокруг вертикальной оси, то она будет устанавливаться под действием горизонтальной составляющей магнитного поля Земли в плоскости магнитного меридиана. Горизонтальная составляющая , магнитное склонение и наклонение называется элементами земного магнетизма.

Различают восточное и западное склонение(северный полюс стрелки отклоняется вправо или влево от географического меридиана).

Наклонение бывает северное и южное (северный или южный конец стрелки располагается выше или ниже горизонтальной плоскости). Эти два угла являются магнитными координатами данной точки. Например, для Москвы = 8° (восточное склонение), =70° (северное наклонение).

Элементы земного магнетизма плавно изменяются при переходе от одной точки к другой. Если же наблюдаются нарушения в этом плавном изменении, то говорят, что в данной местности наблюдается магнитная аномалия. Аномалии связаны с большими залежами магнитных руд, например, Курская магнитная аномалия.

Напряженность магнитного поля Земли сравнительно невелика, однако, наличие земного магнетизма проявляется существенным образом в целом ряде географических и других явлений. К таким явлениям относятся полярные сияния и захват заряженных частиц из космического пространства в своеобразные ловушки, которые называются радиационными поясами Земли.

Некоторые биофизические эксперименты позволят предполагать, что пространственная ориентация птиц при дальних сезонных перелетах связана с их способностью ощущать направление магнитных силовых линий.