Определение горизонтальной составляющей магнитной индукции поля Земли.

Государственный Университет Управления

Институт Национальной и Мировой Экономики

Кафедра естествознания

Лабораторная работа №2

«Изучение магнитного поля Земли».

По дисциплине: «Концепции современного естествознания».

Преподаватель: Худяков Виктор Михайлович

Выполнила: студентка АУ 1-3 Гребенюк Анна

Москва 2004 год

I.Теория.

Магнитное поле и его характеристика.

Опыт показывает, что подобно тому, как в пространстве, окружающем электрические заряды, возникает электрическое поле, так в пространстве, окружающем токи и постоянные магниты, возникает силовое поле, называемое магнитным. Магнитное поле обнаруживается по силовому действию на внесенные в него проводники с током или постоянные магниты. Название «магнитное поле» связывают с ориентацией магнитной стрелки под действием поля, создаваемого током. Это явление впервые обнаружено датским физиком Х. Эрстедом (1777-1851)

Электрическое поле действует как на неподвижные, так и на движущиеся в нем электрические заряды. В отличие от него магнитное поле действует только на движущиеся электрические заряды. Опыт показывает, что характер воздействия магнитного поля на ток зависит от формы проводника, пол которому течет ток, от расположения проводника и от направления тока.

Подобно тому, как при исследовании электрического поля используются точечные заряды, при исследовании магнитного поля применяется замкнутый плоский контур с током (рамка с током), размеры которого малы по сравнению с расстоянием до проводников с током, создающим магнитное поле. Ориентация контура в пространстве задается направлением нормали к контуру. В качестве положительного направления нормали принимается направление, определяемое правилом правого винта, т.е. направление поступательного движения винта при его вращении в направлении тока, текущего в рамке. Магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие, поворачивая ее определенным образом. За направление магнитного поля в данной точке принимается направление, вдоль которого располагается положительная нормаль к рамке или ориентируется северный полюс магнитной стрелки.

Определение горизонтальной составляющей магнитной индукции поля Земли.

Земля представляет собой огромный шаровой магнит. В окружающем Землю пространстве обнаруживается магнитное поле. Северный магнитный полюс N находится на Южном географическом, и наоборот. Существование магнитного поля Земли можно установить с помощью магнитной стрелки. Если магнитную стрелку подвесить на нити так, чтобы точка подвеса совпала с центром тяжести магнитной стрелки, то стрелка установится по направлению касательной к линии магнитной индукции поля земли. В Северном полушарии южный конец Ии будет наклонен к поверхности Земли и стрелка составит с горизонтом угол наклонения (на магнитном экваторе угол наклонения равен нулю). Вертикальная плоскость, в которой расположена стрелка, называется плоскостью магнитного меридиана. Так как магнитные полюса не совпадают с географическими, то стрелка отклоняется от географического меридиана. Угол между плоскостью магнитного и географического меридианов называется магнитным склонением.

Вектор магнитной индукции В поля Земли можно разложить на две составляющие: горизонтальную В₀ и вертикальную В_z. Если магнитная стрелка свободно вращается лишь вокруг вертикальной оси, то ее поворот осуществляется под действием горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.

Горизонтальная составляющая магнитного поля Земли, магнитные склонение и наклонение- основные характеристики земного магнетизма. Эти характеристики изменяются со временем. Из года в год меняется положение магнитных полюсов. Палеонтологические исследования магнитного поля Земли в далеком прошлом, основанные на измерении остаточной намагниченности земных пород, показали, что, например, на протяжении последних 80 млн лет не только изменялась индукция магнитного поля, но и происходило многократное перемагничивание, в результате которого северный и Южный магнитный полюса Земли менялись местами. Следовательно, земной магнетизм не может создаваться за счет стационарной намагниченности ядра или какой-то его части.

Горизонтальная составляющая магнитной индукции поля Земли в предполагаемой лабораторной работе определяется с помощью тангенс- буссоли. Тангенс- буссоль состоит из катушки кольцевой формы с витками проволоки. В центре катушки на вертикальной оси расположена магнитная стрелка, способная поворачиваться в горизонтальной плоскости. При пропускании постоянного электрического тока через витки катушки в ее центре создается магнитное поле, которое действует на магнитную стрелку. Магнитная индукция такого поля согласно формуле равна:

В_т= (μ ₀IN)/2R

II.Практическая часть. Изучение магнитного поля Земли.

Цель работы: определить индукцию магнитного поля.

В_т=(μ ₀*i*N)/2R

В_т/В₀=tgφ

В₀= В_т/tgφ =(μ ₀*i*N)/tgφ *2R

В_т

φ

В₀

μ ₀=4π *10^-7Н/А²

R=0, 091м

N=200

В₀₍₁₎ =(4π *10^-7*15*10^-3*200)/(tg65*2*0, 091)=96, 51*10^-7 Тл

В₀₍₂₎ =(4π *10^-7*5*10^-3*200)/(tg25*2*0, 091)=147, 76*10^-7 Тл

В₀₍₃₎ =(4π *10^-7*30*10^-3*200)/(tg75*2*0, 091)=110, 99*10^-7 Тл

В₀₍₄₎ =(4π *10^-7*3*10^-3*200)/(tg20*2*0, 091)=114, 18*10^-7 Тл

В₀₍₅₎ =(4π *10^-7*9*10^-3*200)/(tg45*2*0, 091)=124, 2*10^-7 Тл

< В₀> =((96, 51+147, 76+110, 99+114, 18+124, 2) *10^-7 )/5=118, 72*10^-7 Тл

∆ В₀=| В₀-< В₀> |

∆ В₀₍₁₎ =|96, 51*10^-7-118, 7*10^-7|=22, 11*10^-7 Тл

∆ В₀₍₂₎ =|147, 76*10^-7-118, 7*10^-7|=29, 04*10^-7 Тл

∆ В₀₍₃₎ =|110, 99*10^-7-118, 7*10^-7|=7, 73*10^-7 Тл

∆ В₀₍₄₎ =|114, 18*10^-7-118, 7*10^-7|=4, 54*10^-7 Тл

∆ В₀₍₅₎ =|124, 2*10^-7-118, 7*10^-7|=5, 48*10^-7 Тл

< ∆ В₀> = ((22, 11+29, 04+7, 73+4, 54+5, 48) *10^-7)/6= 13, 78*10^-7 Тл

Е= (< ∆ В₀> /< В₀>)/100%= (13, 8*10^-7/118, 7*10^-7)/100%=12, 2%