Determinarea componentei orizontale a câmpului magnetic al Pământului
1.3. Natura vortex a câmpului magnetic.
Liniile de inducție magnetică sunt continue: nu au nici un început, nici un sfârșit. Acesta este cazul pentru orice câmp magnetic cauzat de orice circuite de curent. Câmpurile vectoriale cu linii continue se numesc câmpuri vortex. Vedem că câmpul magnetic este un câmp vortex. Aceasta este diferența esențială dintre câmpul magnetic și câmpul electrostatic.
1.4. Câmpul magnetic al curenților.
Să luăm în considerare liniile de inducție a câmpului curent-curent. Intensitatea H (și prin urmare B) este întotdeauna perpendiculară pe planul care conține conductorul și punctul de câmp considerat. Prin urmare, liniile de inducție sunt în acest caz cercuri concentrice al căror centru este situat pe axa curentă.
Ideea formei liniei de inducție poate fi obținută experimental. Pentru a face acest lucru, utilizați faptul că acul magnetic în mișcare este întotdeauna stabilit de axa sa în direcția liniilor câmpului magnetic, adică linii de inducție.
Este chiar mai convenabil să folosiți pilitură de fier. Peletele de fier într-un câmp magnetic sunt magnetizate și devin similare cu săgețile magnetice. În implementarea practică a acestor experimente, firul de testare cu curent este trecut printr-o placă de sticlă orizontală (sau o bucată de carton) pe care se toarnă o cantitate mică de pilituri de fier. Cu o ușoară agitare a plăcii (atingerea), particulele de rumeguș formează lanțuri a căror formă corespunde cu liniile câmpului magnetic studiat.
Câmpul magnetic al unui curent circular este o linie continuă închisă cu următoarea formă:
Pentru câmpul magnetic, ca și câmpul electric, principiul suprapunerii este valabil:
,
și anume pentru a găsi forța care acționează asupra unui punct în spațiu, trebuie să adăugați forțele care acționează asupra acestuia, după cum se arată în figură.
Câmpul magnetic al curentului circular este un anumit opt, cu separarea inelelor din centrul inelului, peste care curge curentul. Schema sa este prezentată în figura de mai jos:
1.5. Compararea câmpurilor electrice și magnetice.
II. CARACTERISTICI GENERALE ALE CÂMPULUI MAGNETIC AL PĂMÂNTULUI.
Pământul în ansamblu este un magnet cu balon mare. Omenirea a început să folosească câmpul magnetic al Pământului pentru o lungă perioadă de timp. Deja la începutul secolelor XII-XIII. este utilizat pe scară largă în busola de navigație. Cu toate acestea, în acele zile sa crezut că săgeata busolei este orientată de Polaris și de magnetismul său. Presupunerea existenței câmpului magnetic al Pământului a fost exprimată pentru prima dată în 1600 de naturalistul englez Hilbert.
În orice punct din spațiul care înconjoară Pământul și pe suprafața sa, este expus efectul forțelor magnetice. Cu alte cuvinte, în spațiul din jurul Pământului, se creează un câmp magnetic, liniile de forță ale cărora sunt reprezentate în Fig.
Polii magnetici și geografici ai Pământului nu coincid unul cu celălalt. Ce-N adevărat pol magnetic este în emisfera sudică, în apropierea coastei-O tarktidy și sud magnetic pol S este în emisfera nordică, în apropiere de coasta de nord a insulei Victoria (Canada). Ambii poli se deplasează continuu (deriva) pe suprafața pământului la o viteză de aproximativ 5 pe an datorită variabilității proceselor care generează câmpul magnetic. În plus, axa câmpului magnetic nu trece prin centrul Pământului, dar se află la o distanță de 430 km în spatele acestuia. Câmpul magnetic al Pământului nu este simetric. Datorită faptului că axa câmpului magnetic trece printr-un unghi de 11,5 grade față de axa de rotație a planetei, putem folosi busola.
Partea principală a câmpului magnetic al Pământului, conform vederilor moderne, are o origine intrinsecă. Câmpul magnetic al Pământului este creat de miezul său. Miezul exterior al Pământului este lichid și metalic. Metalul este o substanță conductivă și dacă există curenți constanți în miezul lichid, atunci curentul electric corespunzător ar crea un câmp magnetic. Datorită rotației Pământului, astfel de curenți există în nucleu, deoarece Pământul este într-o oarecare aproximație un dipol magnetic; Un fel de magnet cu doi poli: sud și nord.
O parte nesemnificativă a câmpului magnetic (aproximativ 1%) are o origine extraterestră. Apariția acestei părți este atribuită curenților electrici care sunt prezenți în straturile conductoare ale ionosferei și ale suprafeței Pământului. Această parte a câmpului magnetic al Pământului este supusă unei modificări ușoare în timp, numită variație seculară. Cauzele existenței curenților electrici în variațiile seculare nu sunt cunoscute.
Într-o ipoteză ipotetică ideală și în care Pământul ar fi singur în spațiul cosmic, liniile câmpului magnetic al planetei aranjate în același mod ca și liniile de forță a unui manual de fizica școală magnet convenționale, adică, Sub formă de arcuri simetrice care se extind de la polul sudic până la polul nordic. Densitatea liniilor (intensitatea câmpului magnetic) ar cădea cu distanța de la planetă. De fapt, câmpul magnetic al Pământului este în interacțiune cu câmpurile magnetice ale Soarelui, planete și fluxuri de particule încărcate emise în abundență de Soare. Dacă influența Soarelui și planetelor, cu atât mai mult, din cauza distanței poate fi neglijată, fluxul de particule, în caz contrar - vântul solar, așa că nu merge. Vântul solar este un flux de particule cu viteze de aproximativ 500 km / s, emise de atmosfera solare. În momentele de exploziile solare și perioadele în formarea pe grupul de soare pete mari, crește brusc numărul de electroni liberi care bombardeaza atmosfera Pământului. Aceasta duce la perturbarea curentului curent în ionosfera Pământului și, prin urmare, se schimbă câmpul magnetic al Pământului. Există furtuni magnetice. Astfel de fluxuri generează un câmp magnetic puternic, care interacționează cu câmpul Pământului, deformându-l foarte mult. Datorită câmpului său magnetic, Pământul menține așa-numitele centura de radiații solare captate particule de vânt, împiedicându-le de la trecerea în atmosfera Pământului și cu atât mai mult la suprafață. Particulele vântului solar ar fi foarte dăunătoare pentru toate lucrurile vii. Când câmpuri interacționează menționate de delimitare este formată la o parte care este perturbat (supus modificărilor datorate influențelor externe) câmpul magnetic al particulelor de vant solar, pe de altă parte - câmpul perturbata al pământului. Această limită trebuie privită ca limita spațiului apropiat de Pământ, limita magnetosferei și a atmosferei. În afara acestei limite, influența câmpurilor magnetice externe predomină. În direcția spre pământul soarelui aplatizat magnetosfere sub presiunea vântului solar și se extinde până la 10 raze ale planetei. În direcția opusă există o alungire de până la 1000 de raze ale Pământului.
Partea principală a câmpului magnetic al Pământului prezintă anomalii în diverse regiuni ale pământului. Aceste anomalii, aparent, ar trebui atribuite prezenței maselor feromagnetice în crusta pământului sau diferenței în proprietățile magnetice ale rocilor. Prin urmare, studiul anomaliilor magnetice are o importanță practică în studiul mineralelor.
Existența unui câmp magnetic în orice punct al pământului poate fi stabilită cu ajutorul unui ac magnetic. Dacă atarnați acul magnetic NS pe firul l (figura 2) astfel încât punctul de suspendare să coincidă cu centrul de greutate al săgeții, atunci săgeata este poziționată în direcția tangentei la linia de forță a câmpului magnetic al Pământului.
În emisfera nordică - capătul sudic va fi înclinat pe Pământ și o săgeată cu punerea-th-orizont al unghiului de înclinare Q (la magnetic înclinația ecuatorului Q este zero). Planul vertical în care se află săgeata se numește planul meridianului magnetic. Tot planul de meridianul magnetic se intersectează NS în linie dreaptă, iar urmele meridiane magnetice pe suprafața Pământului converg la polii magnetici N și S. Deoarece polii magnetici nu coincid cu polii geografici, săgeata va fi respins de la meridianul geo-grafice. Unghiul pe care planul vertical care trece prin săgeată (adică meridianul magnetic), geografic Dian Meri-numita declinației magnetice a (fig. 2). Câmpul vector al câmpului magnetic al Pământului poate fi descompus în două componente: orizontală și verticală (Figura 3). Valoarea unghiurilor de pantă și declinație-TION, precum și oferă posibilitatea de componenta orizontală a determina mărimea și direcția intensitatea totală a câmpului magnetic al Pământului, la un anumit punct. În cazul în care acul magnetic este liber să se rotească numai în jurul unei axe verticale, acesta va fi instalat sub acțiunea componentei orizontale a câmpului magnetic al Pământului în planul meridian magnetic. Componenta orizontală, declinarea magnetică a și înclinarea Q sunt numite elemente de magnetism terestru. Toate elementele magnetismului pământ se schimbă odată cu timpul.
III. TANGENS - GALVANOMETRU.
Luați în considerare un conductor circular de n rotiri, care sunt destul de aproape una de cealaltă, situate vertical în planul meridianului magnetic. În centrul conductorului, plasați un ac magnetic care se rotește în jurul axei verticale. Dacă bobina trece curentul I, atunci apare un câmp magnetic cu o forță H, orientat perpendicular pe planul bobinei. astfel Două câmpuri perpendiculare vor acționa pe săgeată: câmpul magnetic al Pământului și câmpul magnetic al curentului. Intensitățile ambelor câmpuri sunt perpendiculare între ele. În Fig. 4. Secțiunea transversală a bobinei este reprezentată de un plan orizontal. Aici este vectorul intensității câmpului creat de curentul circular, componenta orizontală a câmpului magnetic al pământului. Săgeata este stabilită în direcția rezultatului, adică paralelogramul diagonal, ale cărui laturi vor fi vectorul intensității câmpului magnetic al curentului circular și Considerând figura 4, obținem:
;
pe de altă parte. Intensitatea câmpului magnetic în centrul bobinei tangent-galvanometrice este:
;
unde r este raza revoluției. apoi:
Pentru un anumit loc al Pământului și pentru un anumit instrument, valoarea
este un tangent constant - galvanometru, apoi: _
Formula (1) poate fi rescrisă în formular
Astfel, un conductor circular cu o săgeată magnetică poate fi utilizat pentru a măsura curentul care trece prin circuit. Dispozitivul, bazat pe principiul descris mai sus, se numește un galvanometru tangent.
Galvanometrul tangent utilizat în această lucrare constă dintr-o bobină, în centrul căreia este situat un ac magnetic pe axa verticală. Săgeata se poate roti liber într-o cutie rotundă cu un capac transparent (busola). În partea inferioară a casetei este marcată o scală circulară, gradată în grade unghiulare.
II. Asamblați circuitul electric al instalației de laborator conform schemei. Sursa tensiunii este redresorul VS-24 MS. Cu ajutorul comutatorului K, direcția curentului care trece prin galvanometrul tgq tangent se modifică.
III. Setați tgq astfel încât planul răsucirilor bobinei să coincidă cu planul meridianului magnetic, adică astfel încât acul magnetic să fie poziționat în planul răsucirilor bobinei, indicând în acest caz C și Y.
IV. Reglați regulatorul de tensiune R de pe panoul redresorului la poziția extremă stângă. Porniți redresorul și puneți comutatorul K în poziția stânga sau dreapta. Utilizați regulatorul de tensiune R pentru a seta curentul în circuitul indicat de instructor (de exemplu: I = 0.5A). Blocați unghiul de deformare al acului magnetic. Apăsați tasta K în poziția opusă și fixați și unghiul de deformare al săgeții. Acest lucru este necesar pentru planul de găsire a valorii medii aritmetice a unghiului de deformare al acului magnetic, deoarece există întotdeauna o inexactitate în stabilirea întoarcerilor tgq în planul meridianului magnetic.
V. Efectuați pasul 3 la valorile curente specificate de către instructor.
VI. Înregistrați rezultatele măsurătorilor în tabel:
La fiecare valoare curentă, determinați componenta orizontală a câmpului magnetic al Pământului conform formulei:
deoarece în sistemul SI, coeficientul de proporționalitate K din formula (2) este egal cu.
VI. Găsiți media aritmetică.
VII. Calculați eroarea de calcul pentru fiecare valoare curentă:
și apoi media.
VIII. Înregistrați rezultatul final în formularul:
1. Principalele caracteristici ale câmpului magnetic.
2. Legea Biot-Savart-Laplace.
3. Reprezentarea grafică a câmpului magnetic:
3.1. curent magnetic direct;
3.2. câmpul magnetic al unui câmp circular.
4. Câmpul magnetic al Pământului: înclinația magnetică, componenta orizontală a câmpului, componenta verticală a câmpului.
5. Natura vortex a câmpului magnetic.
6. Principiul suprapunerii câmpurilor magnetice.
Ø Kalashnikov SG „Energie electrică“.
Ø Savelyev I.V. "Curs de Fizică Generală", v.2.
Ø Detlaf A.A. Yavorsky B.M. Curs de fizică. M. Școala superioară, 1989. Capitolul 22 al.
Ø Evgrafova N.N. Kagan V.L. Un ghid pentru munca de laborator în fizică. M. Școala superioară, 1970. p.177.
Ø Kortnev A.V. Rublev Yu.V. Kutsenko A.N. Workshop pe fizică. M. Școala superioară, 1965. p.331.
Determinarea componentei orizontale a câmpului magnetic al Pământului
Informații despre lucrarea "Determinarea componentei orizontale a câmpului magnetic al Pământului"
Secțiunea: Fizica
Numărul de caractere cu spații: 18078
Număr de tabele: 6
Număr de imagini: 10
ambele domenii sunt reciproc perpendiculare. În Fig. 4. Secțiunea transversală a bobinei este reprezentată de un plan orizontal. Aici este vectorul intensității câmpului creat de curentul circular, componenta orizontală a câmpului magnetic al pământului. Săgeata este setată în direcția rezultatului. și anume un paralelogram diagonal, ale cărui laturi vor fi vectorul forței câmpului magnetic al curentului circular u.
cu tulburări magnetosferice. Structura sectorială este destul de stabilă, astfel încât întreaga structură de flux se rotește cu Soarele pentru cel puțin câteva revoluții solare, trecând peste Pământ aproximativ la fiecare 27 de zile. Câmpul magnetic al pământului de știință englez William Gilbert, medic instanță a reginei Elisabeta, a fost prezentat pentru prima dată în 1600 că Pământul este un magnet, care nu este o axă.
deoarece aproximativ în 40% din cazuri începe cu 1-2 zile înainte de începerea unei furtuni magnetice. Astfel, pentru a explica efectele biologice observate, este necesar să se ia în considerare procesele de activitate solară cauzate de variațiile câmpului magnetic solar. Ca mecanism pentru transferul perturbațiilor din Soare în cochilii Pământului, este posibil să se presupună apariția oscilațiilor magnetosferice de joasă frecvență.