Ministerul Educației din România
Universitatea de Stat Bashkir
instrucțiuni metodice de performanță a numărului de lucrări de laborator 12 privind energia electrică
câmpul magnetic al Pământului Studiu și determinarea constanta electrodinamic de TANGENT-galvanometru
Publicat de decizia Departamentului de Fizică Generală
câmpul magnetic al Pământului Studiu și determinarea constanta electrodinamic prin TANGENT-galvanometru.
Scopul lucrării. Aparate de învățare și principii de funcționare a determinării tangent-galvanometru a componentei orizontale a câmpului magnetic al Pământului, definiția constantei electrodinamic.
Instrumente și accesorii. Tangent - galvanometru, DC și AC voltmetru, ampermetru, banca condensator.
planeta noastră ca un magnet uriaș are un câmp magnetic (geomagnetismului sau magnetism terestru).
Existența câmpului magnetic în orice punct al Pământului poate fi stabilită printr-un ac magnetic. Dacă NS magnetice atârnate săgeată pe fire Ltak la punctul de suspensie coincide cu centrul de greutate al săgeții, săgeata devine direcția tangentei la linia de forță a câmpului magnetic al Pământului. În emisfera nordică - capătul sudic este înclinat spre Pământ și săgeata va fi unghiul de înclinare cu orizont # 952; (La inclinarea ecuatorului magnetic # 952; este egal cu 0). Planul vertical în care se află o parte se numește planul meridianului magnetic. Tot planul meridian magnetic se intersectează de-a lungul liniei NS, iar urmele de meridianul magnetic al suprafeței Pământului converg la polii magnetici N și S. Deoarece polii magnetici nu coincid cu polii geografici, săgeata va fi respinsă de meridianul geografic. Unghiul care formează un plan vertical care trece prin săgeata (adică meridianul magnetic) cu meridianul geografic se numește declinație magnetică # 945;.
Teoria actuală a magnetism terestru pot fi împărțite în două grupe:
Teoriile care explică prezența câmpului magnetic de curenți electrici care circulă la adâncimi mai mari în miezul lichid Pământului.
Teorii bazate pe presupunerea că scoarța terestră conține în diferite zone ale sale diferite cantități de roci magnetice.
Cu toate acestea, originea câmpului magnetic al Pământului este în prezent, nu a fost încă găsit
O caracteristică a câmpului magnetic al Pământului, precum și orice câmp magnetic este vectorul inducție magnetică și a componentelor sale. Pentru extinderea vectorului în componente, de obicei, să ia sistem în care axa este orientată în direcția meridianului geografic și axa de coordonate rectangulare - în direcție paralelă cu direcția axei este considerată a fi pozitivă la nord, iar axa - la est. Cea de a treia axă în acest caz, se va lua o poziție verticală.
Fig. 1 prezintă un vector și proiecția acestuia pe axa de coordonate și planul XY. Proiecția acestui vector pe componenta axa X și X. denotat nordică proiecție pe axa Y este numit component est Y și Z axa în proiecția Z. componenta verticală
Proiecția pe planul xOy numit componenta orizontală a câmpurilor de inducție magnetic al Pământului:
Plane. care este un vector. numitul plan meridian magnetic, iar unghiul dintre acel avion și - abaterea magnetică.
Declinație, înclinarea, componenta orizontală precum și componente: nord, est și verticale - elemente sunt numite de câmpul magnetic al Pământului.
Determinarea componentei orizontale a 0 făcut în mod convenabil utilizând un așa numit galvanometru TANGENT care este ilustrat în fig. 2.
Să considerăm raza conductorului circular care constă din spire dispuse într-un plan vertical de meridianul geomagnetice. In centrul conductorului magnetic circular pus săgeata, se rotește în jurul unei axe verticale. În cazul în care bobina prin trecerea unui curent. apoi un câmp magnetic care induce curent direcționat perpendicular pe planul bobinei.
Astfel, un ac magnetic va acționa două componente reciproc perpendiculare ale inducției câmpului magnetic al câmpului magnetic terestru și curent. Acul magnetic este deviat printr-un unghi # 946;, care este instalat în direcția rezultantei i. - pe diagonala paralelogramului ale cărui laturi sunt curente și 0
Este ușor de văzut că
În cazul în care - constantă (pentru un anumit punct de pe Pământ) galvanometru tangenta.
Trebuie reamintit faptul că (2) este aproximat, t. E. Adevărat numai în cazul în care dimensiunea acului este mult mai mică decât raza curentului circular. În caz contrar, lungimea finală a săgeții necesită anumite modificări. Se poate arăta că, dacă un ac magnetic este plasat în centrul unui curent circular, și la o distanță de aceasta, în acest caz, câmpul
Mai jos se va arăta că măsurarea unghiului cel mai favorabil valoare va fi în cazul în care acest unghi este aproape.
Schema de instalare este prezentată în Fig. 3.
B - sursa de tensiune,
U - comutator de tensiune la cafeniu - galvanometru
TG - tan - galvanometru
Determinarea componentei orizontale a câmpului magnetic al Pământului.
· Se colectează diagrama din Fig. 3;
· Rotiti bobina stand de galvanometru a stabilit, astfel încât să se situeze în planul de meridianul geomagnetice:
· Include curent în înfășurarea tan - galvanometru și valoarea sa de măsurare prin rezistențe. căutând un unghi de rotație de săgeată. rezolva această i1 valoare curentă. Apoi, schimbați P comutator poziția din nou atinge săgețile de rotație în unghi de 45 # 730;, I2 valoarea curentă fixă.
· Se calculează și această valoare curentă este calculată prin (2) valoarea (T). Presupunând = 100 rotații, = 10,25 cm;
· Evaluate de (3) eroarea maximă de măsurare. Având în vedere că se cunoaște exact valoarea, iar eroarea absolută nu depășește jumătate împărțirea la nivelul membrelor și eroarea relativă a curentului măsurat este determinată numai de milliammeter clasa de precizie.
Deoarece tangenta bobina - galvanometru este dificil să se stabilească cu precizie direcția nord - sud. Este posibil să se facă măsurătoarea fără preliminară mosor orientare blocare unghiuri și poziția inițială în ambele direcții o anumită cantitate de curent.
Fig. 4 arată că:
și în care - câmpul de inducție al bobinei în direcții diferite curente ale acestora.
folosind (4) poate fi determinată fără o orientare prealabilă a tangentei bobinei - galvanometru;
- folosind formula (4) determinarea valorii fără o orientare prealabilă a tangentei bobinei - galvanometru. Măsurători la mai multe valori pentru a produce un curent în circuitul bobinei (3 - 4 valori) și valorile obținute pentru a determina valoarea aritmetică medie;
- starea de afișare sub care măsurarea cea mai avantajoasă. obținerea unei formule:
Determinarea constantei electrostatic folosind tangent-gallvanometra.
E6dinitsami principal în sistemul CGSE sunt 1 cm, 1 g și 1 s. Cantitatea de energie electrică (încărcare) în acest sistem este determinat de legea lui Coulomb:
în care - constanta dielectrică a mediului (în CGSE - cantitate adimensional).
Per unitate de încărcare în sistemul CGSE se adoptă o astfel de sarcină, care interacționează în vid (= 1), cu o valoare egală cu taxa situată la o distanță de 1 cm, o forță de 1 dyne = 10 -5 N.
De la (6) rezultă că dimensiunea de încărcare:
Deoarece curentul este determinată de cantitatea de energie electrică a trecut prin secțiunea transversală a 1 (), de dimensiuni:
Măsurarea directă a curentului în sistemul CGSE dificil. cu toate acestea, în acest exercițiu cantitate este determinată prin măsurarea capacitanța și diferența de potențiale la plăcile sale.
Unitatea de diferența de potențial, în conformitate cu diferența de potențial formula luată între două puncte, mișcarea de încărcare între unitatea care este însoțită de cheltuielile de muncă 1 Erg. Dimensiunea diferenței de potențial:
Per unitate de capacitate [C]. a adoptat o capacitate dirijor, cu un mesaj care taxa în 1 unitate. CGSE [x] este schimbat la potențialul unității conductor 1. CGSE [U] dimensiune container cm.
Principalele unități ale sistemului sunt CGSM 1 cm, 1 g, 1 s. Curentul în acest sistem se bazează pe determinarea rezistenței de interacțiune între două fire paralele interminabile lung:
în cazul în care - curenții în conductoarele,
r - distanța dintre ele.
l - lungimea conductorului, pe care forța calculată,
m - medie permeabilitate magnetică (proces adimensional variabil în CGSM).
Per unitate curent în CGSM accepta un astfel de curent care, străbătând două conductoare paralele de lungime infinită și este o secțiune transversală neglijabilă dispuse la o distanță de 2 cm unul de altul în vid (m = 1), determină puterea de interacțiune între ele egală cu o dyne în 1 cm lungime a conductorului.
Din (7) rezultă că dimensiunea curentului:
Experimentele exacte efectuate de Weber și Kohlrausch W. F. (1856), Stoletovym A. G. (1876), Eyhenvaldom A. A. (1901) a arătat că raportul dintre unitățile de putere curente și sisteme CGSE CGSM numeric egală cu :,
În cazul în care - constanta electrostatică, a cărei dimensiune este egală cu:
Astfel, constanta electrodinamic egală cu viteza luminii în vid, nu numai în termeni absoluți, dar are dimensiunea vitezei. Valoarea numerică poate fi determinată în cazul în care un curent de aceeași amplitudine este măsurată în unități ale ambelor sisteme. În această lucrare, sistem CGSM curent va fi măsurată cu ajutorul tangentă - galvanometru, și în sistemul CGSE - indirect. Observarea descărcarea condensatorului.
De la (8) rezultă pentru exprimarea aceluiași curent în sistemul CGSE utilizează un număr care este uneori mai mare decât expresia același curent în sistemul CGSM.
În consecință, sistemul actual de unități CGSE: în ori mai puțin decât actuala unitate de sistem CGSM:
Fig. 5 este o diagramă de circuit pentru determinarea mărimii. Electromagnetic întrerupător P închide alternativ contactele M și N, prin aceasta, taxele și descarcă condensatorul prin bobina de tangenta sale - TG galvanometru. Tensiunea peste plăcile condensatorului se măsoară cu un voltmetru. Tensiunea aplicată este reglată prin potențiometru.
În cazul în condensator. încărcat la deversarea potențială prin bobine de tan - galvanometru. Că prin ele scurgeri de încărcare. În cazul în care ori o a doua serie condensator pentru a încărca de la sursa de curent și evacuate prin infasurare galvanometrului, taxa se va scurge prin ele. Curentul mediu prin bobine va fi egal cu:
în cazul în care - exprimat în sistemul CGSE.
CGSM curent în sistem este determinat prin utilizarea tangentei - galvanometru cunoscut dacă componenta orizontală a câmpului magnetic al Pământului:
și în care - raza și numărul de rotații ale tangentei bobinei - galvanometru
- unghiul de deviere a acului.
Valoarea din (10) trebuie să fie exprimate în Oe și raza - cm.
De la (9) și (10) se pot obține cu ușurință:
Ordinea de performanță este după cum urmează:
- colecta circuitul de setare, în conformitate cu Fig. 5;
- set tangentă - galvanometru, astfel încât bobina se află în planul de meridianul geomagnetice;
- închide circuitul de curent alternativ și circuitul de curent continuu,
- un voltmetru pentru a măsura tensiunea și unghiul repetat de 3 - 4 ori, de fiecare dată prin închiderea și deschiderea bucla DC. Din valorile obținute sunt medii.
- Conform (11) determină valoarea. în care diferența de potențial trebuie să fie exprimat în sistemul CGSE. Valoarea luată egală cu 0,14 A.
- Schimba direcția ive curent înfășurare tangenta galvanometru schimbare capete ale conductorului metami, potrivit pentru terminalele sale. Săgeata va fi deviat în direcția opusă devierea primei măsurători. Unghiul este măsurat din nou și tensiunea;
- Se calculează valoarea medie;
- Pentru a determina erorile absolute și relative ale valorii de determinare.
- vorbesc despre principiile de construcție a sistemelor și a unităților CGSE CGSM,
- determină unitățile curente în ambele sisteme,
- explica de proiectare și funcția de bronz - galvanometru
- pentru a defini elementele de bază ale magnetism terestru.
YV Rubliov Kortnev AV Kutsenko A. Atelier de energie electrică. M. Școala Superioară din 1971.
Goldin LL Ghid pentru munca de laborator în fizică. M. Science, 1973.
Savelyev IV Curs de fizica generala. Electricitate. M. Nauka, 1987.
Iveronova VI fizpraktikum. M. Nauka, 1968.