Лабораторна робота M–3

Визначення горизонтальної складової магнітного поля Землі.

Мета роботи: визначення горизонтальної складової магнітного поля Землі методом додавання магнітних полів.

Магнітне поле Землі складається зі сталого та змінного магнітних полів. Змінне магнітне поле, як правило, не перебільшує 1% від сталого.

Стале магнітне поле в різних точках землі різне. Найбільш наочно воно виявляється в своїй дії на магнітну стрілку. В кожній точці Земної кулі магнітна стрілка встановлюється в певному положенні, вказуючи своїм північним кінцем на південний полюс Землі.

Магнітні полюса Землі не співпадають з географічними та з часом змінюють своє положення. Вивчення порід минулих геологічних епох показала, що магнітне поле Землі декілька раз змінювало свій напрямок. Причини цього, як і самого існування магнітного поля Землі, поки що не вивчено.

Як і всяке поле, магнітне поле Землі характеризується вектором напруженості . Якщо підвісити магнітну стрілку так, щоб точка підвісу припадала на центр тяжіння стрілки, то вона встановиться в напрямку вектора напруженості магнітного поля Землі, т.т. по дотичній до силової лінії до силового поля. На магнітному екваторі стрілка встановлюється горизонтально, а на магнітних полюсах - вертикально. У всіх інших місцях земної кулі стрілка буде нахилена під деяким кутом a до горизонту. Тому вектор можна розкласти в горизонтальному та вертикальному напрямках (мал.12-1). Кут a між напрямками вектора та площиною горизонту називається кутом нахилу, а кут між напрямком горизонтальної складової магнітного поля Землі H_r та площиною географічного меридіану — кутом схилу.

Горизонтальна складові магнітного поля Землі H_r має максимальне значення (біля ) в області магнітного екватора та спадає до нуля на магнітних полюсах.

Магнітне поле Землі не залишається сталим, а має добові, річні та вікові коливання.

Горизонтальну складову магнітного поля Землі можна визначити за допомогою тангенс-бусолі. Влаштований цей прилад таким чином:

На кільце, зроблене з неферомагнітного матеріалу та закріплене в вертикальній площині, намотано N витків дроту, кінці якого підведені до затискачів. В центрі кільця горизонтально встановлена бусоль (компас).

Перед роботою поворотом усього приладу кільце слід розташувати в площині магнітного меридіану, т.т. так, щоб стрілка бусолі знаходилась в площині кільця (навпроти нуля шкали).

Якщо струм в обмотці кільця відсутній, стрілка знаходиться під дією горизонтальної складової магнітного поля Землі H_r.

При пропусканні струму через обмотку кільця виникає магнітне поле, яке направлене перпендикулярно площині кільця. Повна напруженість магнітного поля в центрі кільця буде дорівнювати геометричній сумі напруженостей магнітного поля струму та горизонтальної складової магнітного поля Землі . Магнітна стрілка встановлюється вздовж вектора результуючого напруження, т.т. повертається на деякий кут j відносно площини кільця (мал.12-2). З малюнка видно, що

. (1)

Напруженість магнітного поля в центрі кругового струму визначається за формулою

.

де I – сила струму у витку, А:

R – радіус витка, м.

Якщо на кільце намотано N витків, то

, (2)

де d – діаметр кільця.

Підставивши вираз (2) в рівняння (1), отримаємо

,

звідки .