Лабораторна робота № 11.

Визначення горизонтальної й вертикальної складових індукції магнітного поля Землі за допомогою земного індуктора.

Теоретичні відомості

У просторі, який оточує Землю, існує магнітне поле, лінії індукції якого зображені на рис. 5.14а. Північний магнітний полюс N знаходиться поблизу південного (Пд.) географічного і навпаки, південний магнітний - біля північного географічного (Пн) полюсу.

У будь-якій точці земної поверхні напрям вектора магнітної ін­дукції , який збігається з напрямом північного кінця вільної магнітної стрілки, утворює кут з лінією горизонту (рис.5.14 б). Цей кут називають магнітним схиленням. Вертикальну площину, в якій лежить вектор (а отже, й вісь магнітної стрілки), називають площиною магнітного меридіану.

Рис.5.14

Вектор магнітної індукції поля Землі можна розкласти на дві складові: горизонтальну й вертикальну (рис. 5.14 б). У межах лабораторії магнітне поле Землі можна вважати однорідним.

У даній роботі і визначають за допомогою земного ін­дуктора. Це плоска дротяна котушка досить великого радіуса із значним числом витків, яка може вільно обертатися навколо осі, що проходить через один з її діаметрів (рис. 5.15).

При повороті земного індуктора в магнітному полі Землі змінюється магнітний потік через поверхню, обмежену його витками, і відповідно до (5.34) на затискачах індуктора виникає ЕРС ін­дукції. Прилад, під'єднаний до затискачів (мілівеберметр, або балістичний гальвано­метр), можна проградуювати так, щоб він безпосередньо показував зміну магнітного потоку, який пронизує витки індуктора.

Нехай вісь індуктора орієнтована гори­зонтально в площині магнітного меридіана, площина витків теж горизонтальна. При по­вороті індуктора на 180° його витки будуть перетинати лише вертикальну складову індукції магнітного поля Землі. Зміна маг­нітного потоку, що пронизує витки,

Ф_в = Ф_в – ( - Ф_в) = 2В_вs, (5.50)

де s - площа, охоплена витками; s = , d - діаметрвитка.Зміну магнітного потоку Ф_вможна безпосередньо реєструвати мілівеберметром, який під'єднано до затискачів індуктора. Тоді

В_в = ( 5.51 )

Аналогічно можна визначити горизонтальну складову В _г, якщо вісь індуктора - вертикальна, а початкове положення площини витків перпендикулярне до площини магнітного меридіана:

В_{г =} (5.52)

Зміну магнітного потоку Ф_в і Ф_г можна такожвизначити задопомогою балістичного гальванометра, який під'єднується замість мілівеберметра. При зміні магнітного потоку через площину витків індуктора в ньому індукується ЕРС, в результаті чого через гальвано­метр проходить деяка кількість електрики q:

q = , (5.53)

де R – опір витків. При цьому рамка гальванометра по­вертається на деякий кут.

За формулою (5.53) Ф = qR але q = , де - чутливість гальванометра; - балістичне відхилення (максимальне відхилення світлового зайчика) при швидкому повороті індукторана 180°. Тоді

; , (5.54)

де с- постійна приладу(ії значення вказане на робочому місці), Вб/под.

Підставивши значення з (5.54) у (5.51) і (5.52), дістанемо:

В_в = (5.55)

В_г = (5.56)

Тоді індукція магнітного поля Землі

В = (5.57)

Таким чином, задача зводиться до визначення вертикальної й горизонтальної складових індукції магнітного поля Землі за формулами (5.55), (5.56) при під'єднанні до індуктора гальванометра або за (5.51), (5.52), якщо використовується мілівеберметр.

Порядок виконання доботи

1. Під'єднати вимірювальний прилад до затискачів індуктора.

2. Встановити вісь обертання індуктора горизонтально в площині магнітного меридіана, а площину витків - перпендикулярно до площини магнітного меридіана.

3. Швидко повернувши витки індуктора на 180°, визнають за гальванометром балістичне відхилення або за веберметром - змі­ну магнітного потоку.

4. Повторити виміри п'ять - десять разів, повертаючи кожен раз при­лад у початкове положення. Результати вимірів занести в табл. 1.

Таблиця 1.

№ п/п	С				Вв
Середнє значення

5. Встановити вісь обертання індуктора вертикально, а площину витків – перпендикулярно до площини магнітного меридіану. Повторити виконання пунктів 3, 4, визначивши або Ф _г. Результати вимірів занести в таблицю 2.

Таблиця 2.

№ п/п		г	Вг		, %
Середнє Значення.

1. Виміряти діаметр кола між серединами витків індуктора.

2. Визначити _{, ,} використавши формули (5.55), (5.56), або (5.51), (5.52).

3. Користуючись формулою (5.57), обчислити В.

4. Обчислити абсолютну і відносну похибки результатів.

Контрольні запитання.

1. Дати визначення вектора індукції магнітного поля і магнітного потоку. У яких одиницях (за CІ) вимірюється індукція магнітного поля й магнітного потік?

2. Накреслити схему силових ліній магнітного поля Землі.

3. Сформулювати закон електромагнітної індукції.