Порядок выполнения работы. Магнитное поле Земли подобно полю однородно намагниченного шара и ориентировано так

Введение

Магнитное поле Земли подобно полю однородно намагниченного шара и ориентировано так, как показано на рис. 1.

Рис. 1

По определению, северный полюс магнитной стрелки указывает на север, поэтому соответствующий магнитный полюс Земли является южным (одноименные полюсы магнитов отталкиваются, разноименные притягиваются). Магнитные полюсы Земли не совпадают с положением географических полюсов, находящихся на оси вращения Земли. Магнитная ось наклонена относительно географической на 11 градусов и смещена на 1140 км в сторону Тихого океана. Магнитные полюсы со временем изменяют свое положение. Силовые линии магнитного поля выходят приблизительно из центра Земли через Южное полушарие и, обогнув Землю, возвращаются к ее центру через Северное полушарие.

Компоненты магнитного поля Земли на поверхности планеты меняются таким образом:

- величина индукции магнитного поляВо от +62 до - 73 мкТл.

- горизонтальная составляющая Вг от 0 до 41 мкТл.

Реальная конфигурация земного магнитного поля более сложная, чем поле однородно намагниченного шара, так как добавляются поля верхней части земной коры (в районе Курской магнитной аномалииВо ≈ 200 мкТл).

-2-

Существует много способов измерения слабых магнитных полей, каким является геомагнитное поле. В данной работе используется электрический магнитометр, основанный на сравнении измеряемого магнитного поляВ_измсполем эталонной катушки

(1)

где m_o - магнитная постоянная (m_о= 4p×10^-7 Гн/м), N- число витков катушки, I - сила постоянного тока в ней, R - радиус катушки.

В качестве чувствительного элемента используется стрелка магнитного компаса. Этот метод в литературе называется также методом тангенс -буссоли или тангенс - гальванометра.

Рис.2

Описание установки

В качестве источника известного постоянного магнитного поля используется катушка, внутри которой на съемном столике - пластинке размещают магнитный компас (рис. 2, а). Катушка подключается к источнику постоянного тока, величину которого можно изменять с помощью переменного сопротивления. По отклонению стрелки компаса в суммарном

магнитном поле Земли и магнитном поле катушки судят о величине геомагнитного поля.

Порядок выполнения работы

1. Укрепите катушку на стержне модуля МОЗ (рис. 2, а). Компас поместите в центре катушки. Катушку расположите в плоскости магнитного меридиана, так чтобы стрелка компаса находилась в плоскости катушки.

-3-

2. Соберите электрическую схему, показанную на рис. 3.

3. Включите питание катушки и отрегулируйте ток переменным резистором так, чтобы стрелка компаса отклонилась на 45°, при этом магнитная индукция катушки сравняется с горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.

Данные занесите в таблицу.

4. Выключите ток в катушке. Встряхните компас и установите катушку вдоль магнитного меридиана. Повторите измерения 5-7 раз.

5. Для каждого измерения рассчитайте горизонтальную составляющую магнитного поля Земли Вг по формуле (1). N = 400 витков, R = 35 мм. Заполните таблицу.

Таблица

6. Рассчитайте среднее значение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли, абсолютную и относительную погрешность по формулам

, , 2)

-4-

гдеВ_i - каждое очередное значение В_Г,t(a,n) - коэффициент Стьюдента (для 5 измерений t(a,n) = 2,78), п - число измерений.

7. Результат запишите в стандартном виде:

В_г = <B_Г > ± DВ; e =DB/<B_г>, при a = 0,95.

Контрольные вопросы

1. Магнитное поле Земли. Его составляющие. Понятие о магнитном меридиане.

2. Магнитное поле и его характеристики. Закон Био - Савара - Лапласа.

3. Магнитное поле прямого и кругового токов.

-4-

4. Измерение магнитного поля электрическим магнитометром. Другие способы измерения магнитного поля.

5. Рамка с током в магнитном поле. Магнитный момент контура с током.