Pomiar natężenia składowej poziomej pola magnetycznego ziemskiego.docx

Ćwiczenie nr 27

Pomiar natężenia składowej poziomej pola magnetycznego ziemskiego

Cel ćwiczenia:

1.      Wyznaczenie wartości składowej poziomej natężenia ziemskiego pola magnetycznego za pomocą busoli stycznych.

Zagadnienia:

1.      Pole magnetyczne ziemskie. Deklinacja i inklinacja.

2.      Pole magnetyczne przewodnika kołowego.

Wprowadzenie

Natężenie pola magnetycznego w środku obwodu złożonego z n blisko siebie pionowo położonych identycznych przewodników kołowych wyraża się wzorem:

H=niI2r      (1)

Obecność pola magnetycznego wykazujemy za pomocą igły magnetycznej podpartej n pionowym ostrzu. Igła ustawia się wtedy równolegle do kierunku pola. Jeżeli jednocześnie igła magnetyczna poddana zostanie działaniu jeszcze innego poziomego pola magnetycznego (np. składowej poziomej Hz pola ziemskiego) wtedy igła ustawia się wzdłuż linii sił pola wypadkowego.

Na podstawie rysunku mamy:

Hz=Htgα       (2)

Skąd po uwzględnieniu równania (1) otrzymujemy:

Hz=niI2rtgα   (3)

Wzór powyższy  wykorzystany zostanie w ćwiczeniu.

Przebieg ćwiczenia:

1.      Ustawić uzwojenie kołowe (zwane busolą stycznych) w płaszczyźnie południka magnetycznego, tzw. W jednej płaszczyźnie z igłą magnetyczną. Igła powinna wskazywać 0°.

2.      Układ łączymy według schematu, wybierając jeden przewodnik kołowy i liczbę zwoi (zaciski 0-10).

Schemat układu pomiarowego

3.      Włączamy prąd i odczytujemy wychylenie wskazówki busoli. Pomiar wykonujemy dla I=0,2A, 0,3A, 0,4A oraz 0,5A. Każdy pomiar wykonujemy dwukrotnie zmieniając kierunek prądu w busoli.

4.      Odczytujemy za każdym razem kąt wychylenia a wyniki zapisujemy w tabeli.

5.      Powtarzamy czynności opisane w punkcje 3 zmieniając liczbę zwoi n tego samego przewodnika kołowego (r = const).

6.      Wyniki pomiarów zapisujemy w tabeli.

Opracowanie wyników:

1.      Obliczamy kąt średni wychylenia igły ze wzoru:

αŚr=α1+αp2

2.      Obliczyć wartość natężenia pola dla poszczególnych pomiarów.

3.      Obliczyć błąd przeciętny ∆Hz.

4.      Wykazać ze błąd maksymalny wyraża się wzorem

∆Hz=(∆rr+∆ll+∆αsinα×cosα)Hz

5.      Obliczyć jego wartość dla pojedynczego pomiaru (np. 7).

6.      Przeprowadzić dyskusję na temat wpływu niedokładności pomiarów na wynik.

SPRAWOZDANIE

1.      Komentarz i wprowadzenie teoretyczne.

Obracająca się wokół własnej osi Ziemia zmusza do rotacji swoje płynne jądro.
W przypadku zróżnicowanej rotacji jądra i skorupy ziemskiej, układ ten zachowuje się jak prądnica. Wytworzone prądy wskutek znacznej przenikalności magnetycznej jądra Ziemi (duża ilość żelaza) są odpowiedzialne za powstanie pola magnetycznego. Istnieją pewne hipotezy sugerujące, że zróżnicowania rotacja płynnego jądra i skorupy ziemskiej powstaje wskutek mechanizmu tarcia płynów, wywołanego obecnością Księżyca.

Bieguny magnetyczne Ziemi nie pokrywają się z biegunami geograficznymi. Kąt zawarty między płaszczyzną południka magnetycznego, a południka geograficznego nosi nazwę deklinacji magnetycznej.

Igłę kompasu ustawiamy w środku przewodnika kołowego, którego płaszczyznę ustawiamy zgodnie z kierunkiem wskazywanym przez igłę magnetyczną (czyli ustawiamy go w płaszczyźnie południka magnetycznego). Jeżeli pe wodnik przepuścimy prąd, to na igłę kompasu, oprócz składowej Hz pola magnetycznego Ziemi, będzie jeszcze działało pole magnetyczne przewodnika (wektor
H natężenia pola magnetycznego przewodnika kołowego jest prostopadły do płaszczyzny tego przewodnika), wskutek tego igła magnetyczna ustawi się
w kierunku zgodnym z kierunkiem wypadkowej obu pól magnetycznych. Natężenie pola magnetycznego zwojnicy, składającej się z n – ciasno nawiniętych zwoi, możemy obliczyć ze wzoru:

H=I×n2r

przy czym:

I – natężenie prądu w przewodniku,

r – promień koła,

n – ilość zwoi.

Znając natężenie pola magnetycznego i kąt α, o jaki igła wychyli się z płaszczyzny przewodnika, możemy obliczyć składową poziomą Hz pola magnetycznego Ziemi.

Hz=I×n2r×tgα

2.      Tabele pomiarowe