Проучването на магнитното поле на земята - и да научат как да се свържете!
Цел: Да се направи проучване на параметрите на магнитното поле на Земята; запознаване с магнетометричното метод за измерване на магнитна индукция поле.
Инструменти и аксесоари: допирателна-галванометър, постоянен източник на напрежение, ключ, с УО.
Елементи на теорията и експериментален метод
Земната магнитно поле, като областта на равномерно магнетизираната глобус. Координати на магнитните полюси: север (южното полукълбо) - 78 ° С. вата и 111 ° С. г и юг (северното полукълбо.) - 78 ° С. вата и 69 ° W. г. Магнитната ос е наклонена по отношение на географското 11 ° и компенсира от 1140 km в Тихия океан. В структурата на магнитното поле на Земята силовите линии, показани на фиг. 1 (NS - оста на въртене на Земята).
магнитен полюс ос и в крайна сметка да промени позицията си. магнитните силови линии са разположени около центъра на Земята през южното полукълбо и, закръгляването на земята обратно към центъра през Северното полукълбо. Земята компоненти на магнитното поле на повърхността се променят в следните интервали: общ вектор на магнитната индукция - от + 62 до - 73 тТ, хоризонталния компонент - 0-41 тона.
Фиг. 1. Структура на силовите линии на магнитното поле на Земята
Магнитното поле на Земята претърпява светски отклонения (в момента поле намалява с около 1% на всеки 10 години).
В действителност, поле на Земята е с по-сложна конфигурация от областта на равномерно магнетизираната глобус. Към него се прибавя нехомогенни поле континентални плочи, магнитни аномалии горната кора (Kursk магнитната индукция на полето аномалия достига 200 Mt), извънземно магнитно поле. В постоянно магнитно поле наслагват и по-слаб () променливи полета от различен характер. Количественият теория на геомагнитното поле в момента не съществува. Предполага се, че основният източник на областта са вихровите токове в течно ядро на Земята. Посоката на линиите на магнитното поле на земята може да се установи с помощта на иглата. Ако резба игла окачени така че точката на окачване и центъра на тежестта му съвпада, то е установено в посока допирателната към линията на сила на наземната магнитното поле (фиг. 2а). Ъгълът между посоката на индукционния вектор в даден момент и хоризонталната равнина се нарича магнитното наклон.
Вертикалната равнина, в която се намира на ръката, се нарича равнината на магнитния меридиан. Ъгъл (Фиг. 2Ь) между магнитните и географски меридианите нарича магнитното наклон.
Фиг. 2. Определяне на посоката на линиите на магнитното поле на Земята:
А - магнитна наклон; б - магнитната деклинация
Стойностите за това място, за да се променят бавно с течение на времето. Индукция вектор на магнитното поле на Земята във всяка точка в пространството може да бъде разложен на два компонента: (. Фигура 2а) хоризонтално и вертикално.
Подсилени вертикална стрелка по оста винаги се настройва в посока на хоризонталната компонента на магнитното поле на Земята.
Магнитна наклон, деклинация и хоризонтална компонента на магнитното поле са основните параметри на магнитното поле на Земята (основните елементи на наземна магнетизма).
Хоризонталния компонент на област на земята може да се измери, като се използва инструмент, наречен допирателна-галванометър (фиг. 3). Той се състои от намотка (няколко кръгли проводници през които протича ток), разположени вертикално в магнитното меридианната равнина. В центъра на бобината магнитна игла се поставя, която трябва да има размери, по-малки от диаметъра на бобината. В този случай, ние можем да приемем, че тя е в постоянно магнитно поле.
Фиг. 3. Схема на бежова галванометър
бобина равнина избран перпендикулярна на хоризонталната равнина, така че да съвпада с посоката на иглата. Електрическият ток, протичащ през навивките на рулони, създава в центъра на магнитно поле, индуцирането на който, насочени перпендикулярно на хоризонталната компонента на поле на Земята (фиг. 3).
В резултат на натоварвания от двете магнитното поле - полето намотка и магнитното поле на Земята - указател е създадена от посоката на тяхното полученият. Фиг. 3, които
От уравнение (1) получаваме
Магнитното поле на индукционната бобина може да се намери на базата на Закон на Био-Савар-Лаплас:
Както се вижда от фиг. 4, всички елементи на кръгъл проводник с ток създава магнитно поле в центъра на една и съща посока - по нормалата от бобината. Следователно, добавянето на вектори могат да бъдат заменени чрез добавяне на техните модули.
Ако елементите проводниковите са перпендикулярни на радиуса () и разстоянието от проводниковите елементи на кръгов ток до центъра еднакви и равни, тогава съгласно (3)
Следователно, магнитната индукция в центъра на кръгъл проводник с ток
Бобина, която се състои от няколко навивки (кръгови токове) създава в центъра на магнитното поле, индуцирането на който е равен на:
Къде - на ток в намотките на бобината; - броят на навивките в бобината; - радиусът на бобината; - постоянно магнитно (H / т).
От уравнения (2) и (7) следва, че хоризонталната компонента на магнитното поле на Земята може да се намери от уравнението:
Най-малката грешка при определяне на хоризонталната компонента на магнитното поле на Земята за дадено място се получава при ъгъл на отклонение на иглата 45 °:
От (9) следва, че измерването на хоризонталния компонент се редуцира до текущата измерване, която тече през намотките когато ъгълът на отклонение е равно на стрелка 45 °.
По този начин, бобината, чрез които сегашните потоци, магнитна игла в центъра може да се използва за определяне на хоризонталната компонента на магнитното поле на Земята.
Устройството, на базата на по-горния принцип, се нарича допирателна-галванометъра. Той се състои от намотка (брой навивки и радиус посочено в инсталация), фиксирани на стойка. В центъра на намотката е по вертикалната ос на компаса, който може да се върти около вертикална ос.
Електрическа схема инсталация е показана на Фиг. 3. Тук - постоянно напрежение - тА - превключвател, промяна на посоката на тока, протичащ през намотката.
Редът на изпълнение
1. Място на макарата, така че неговата равнина съвпада с равнината на магнитното меридиан, т. Е. посока север или юг.
2. Включете източника на мрежа от DC захранване и изчакайте 1-2 минути.
3. Завъртете подвижната част на компаса, така че ъгълът между показалеца на компас и равнината на бобината е равен.
4. Задайте ключа в един от крайните положения и дръжката на електрозахранването, задаване на ток в електрическата верига, в която от вътрешната страна на компаса ще се завърти, че се връща към първоначалната си позиция. Запишете текущата стойност.
5. Промяна на посоката на тока в бобината (превключване P постави другата крайна позиция) и постигане на въртенето на вътрешния компас. Отново, имайте предвид стойността.
6. Повторете стъпки. 4-5 2 повече пъти.
7. измервания, съхранява резултатите в таблица. 1. Когато е правилно инсталиран, течения на рулони, и трябва да бъдат равни.
8. Изчислете хоризонталния компонент на поле индукция на земята, като се използва уравнение (9). Оценка на точността на измерване на хоризонталната компонента на магнитното поле на Земята.
Тъй като намотка допирателна-галванометър трудно точно определен посока север-юг, е възможно да се измери магнитната индукция без предварително макара ориентация, отбелязвайки, ъглите на завъртане на вътрешната част на полицата и началната позиция за двете определена стойност на текущата посока в бобината (вж. Фиг. 5).
И където - индукционната бобина в различна област настоящите посоки в него.
От уравнения (10), (11) и (12) следва, че
Използване на формула (13) може да се определи стойността без предварителна ориентация на бобина допирателна-галванометър.
1. Поставете макарата, така че неговата равнина не съвпада с равнината на магнитния меридиан.
2. Прекарайте намотка ток мярката.
3. Промяна на тока до другия и измерване.
4. Генериране на измерване на ъгли и в различни стойности на ток в верига на бобината (3-4 стойности). измервания, съхранява резултатите в таблица. 2.