134. Виртуальная лабораторная работа по физике «Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли с помощью тангенс–буссоли» https://efizika.ru/html5/134/index.html.

Цель работы: определить горизонтальную составляющую магнитного поля Земли.

Приборы и принадлежности: источник питания, реостат, переключатель, амперметр, тангенс-гальванометр, соединительные провода.

134. Virtual laboratory work in physics "Determination of the horizontal component of the Earth's magnetic field using tangent–bussoli" https://efizika.ru/html5/134/index.html.

The purpose of the work: to determine the horizontal component of the Earth's magnetic field.

Devices and accessories: power supply, rheostat, switch, ammeter, tangent galvanometer, connecting wires.

Горизонтальная составляющая магнитного поля Земли – важный параметр, который необходим для многих научных и практических исследований. Для его определения существует несколько методов, одним из которых является использование тангенс-буссоли.

Тангенс-буссоли представляет собой устройство, состоящее из магнитной стрелки, закрепленной на подшипнике, и углового датчика, который позволяет измерить угол отклонения стрелки от горизонтали. С помощью этого угла можно определить горизонтальную составляющую магнитного поля Земли.

Для проведения виртуальной лабораторной работы по определению горизонтальной составляющей магнитного поля Земли с помощью тангенс-буссоли необходимо использовать специальное программное обеспечение, моделирующее работу данного устройства. В ходе работы студенту предлагается выполнить несколько этапов:

1. Изучение принципов работы тангенс-буссоли. Студенту предоставляется информация о том, как устроена данная система и каким образом можно измерить горизонтальную составляющую магнитного поля Земли с ее помощью.

2. Запуск виртуального эксперимента. Студенту предлагается провести серию измерений угла отклонения магнитной стрелки при различных направлениях и местоположениях. Эти данные необходимы для дальнейших расчетов.

3. Обработка результатов. После завершения эксперимента студенту предлагается проанализировать полученные данные и сделать выводы о горизонтальной составляющей магнитного поля Земли в данной точке.

4. Сравнение с теоретическими значениями. Студенту предоставляется возможность сравнить полученный результат с теоретическими значениями горизонтальной составляющей магнитного поля Земли в данной местности.

Таким образом, виртуальная лабораторная работа по определению горизонтальной составляющей магнитного поля Земли с помощью тангенс-буссоли позволяет студентам познакомиться с методикой проведения подобных исследований, научиться работать с соответствующим оборудованием и проводить необходимые вычисления. Этот опыт может быть полезен как для студентов, изучающих физику и геофизику, так и для специалистов, работающих в сфере научных исследований и прикладной геофизики.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Всякий электрический ток возбуждает в окружающем его пространстве магнитное поле. Магнитное поле является носителем ряда физических свойств, и одной из его основных векторных характеристик является напряженность магнитного поля. Магнитное поле в центре кругового проводника с радиусом R (рис. 1) определяется выражением:

Единица напряженности магнитного поля в системе СИ - 1А/м.

В пространстве, окружающем Землю, существует магнитное поле, происхождение которого до настоящего времени еще не выяснено. Схема силовых линий магнитного поля Земли изображена на рис. 2. Южный магнитный полюс находится вблизи северного географического полюса N.

Направление магнитных силовых линий устанавливается с помощью магнитной стрелки. Если подвесить магнитную стрелку на нити (рис. 3) так, чтобы точка подвеса совместилась с центром тяжести, то стрелка установится по направлению касательной к силовой линии магнитного поля Земли. В северных широтах северный конец такой стрелки расположен ниже точки подвеса - ось стрелки с горизонтом составляет угол наклонения (на экваторе этот угол равен нулю).

Вертикальная плоскость, проходящая через ось установившейся магнитной стрелки, называется плоскостью магнитного меридиана. Угол между магнитным и географическим меридианами называется магнитным склонением.

Напряженность магнитного поля Земли H можно представить суммой горизонтальной H₀ и вертикальной H_n составляющих (рис. 3). Зная горизонтальную составляющую магнитного поля и угол наклонения, легко определить вертикальную составляющую поля:

Горизонтальная составляющая H₀, магнитное наклонение q и склонение a являются основными параметрами магнитного поля Земли.

С помощью прибора тангенс-гальванометр (рис. 4) можно по известному току определить горизонтальную составляющую магнитного поля Земли. Тангенс-гальванометр состоит из вертикальных круговых витков, в центре которых установлена магнитная стрелка. С помощью магнитной стрелки, вращающейся вокруг вертикальной оси, устанавливают плоскость витков в плоскости магнитного меридиана. После этого включают круговой ток. В результате на магнитную стрелку будут действовать два взаимно перпендикулярных поля: горизонтальная составляющая магнитного поля Земли H₀ и магнитное поле тока H_i. В опыте стрелка установится по направлению равнодействующей (рис. 5):

Из рис. 5 следует что:

При N витках напряженность магнитного поля в центре прибора равна (в системе СИ):

Таким образом:

Согласно общей теории ошибок возможная относительная ошибка определения напряженности поля по формуле (6) выражается суммой:

Угол b берется в радианах.

Из формулы (7) следует, что ошибка, связанная с неточностью отсчета угла, будет минимальная приb=45°. Таким образом в опыте необходимо подбирать такую силу тока, чтобы отклонение стрелки прибора было близко к 45°.

Порядок выполнения работы

Рис. 6

Собрать цепь по схеме (рис. 6).

1. Установить тангенс-гальванометр в плоскости магнитного меридиана Земли (по магнитной стрелке).
2. Включить источник тока.
3. Замкнуть переключатель SA и с помощью реостата R установить такой ток, чтобы магнитная стрелка повернулась на угол b₁»15°. Записать значения I и b₁ в табл.1.
4. Переключателем SA изменить направление тока в цепи и записать в таблицу новое отклонение стрелки b₂ (перемена направления тока позволяет избавиться от ошибки, которая возникает из-за неточности совпадения плоскости тангенс-гальванометра с плоскостью магнитного меридиана). Повторить измерения несколько раз. Для расчета взять среднее арифметическое b_ср.
5. Повторить пп. 4, 5 для других значений токов, при которых отклонение стрелки составит приблизительно 30° и 45°.
6. Рассчитать для каждого тока горизонтальную составляющую магнитного поля Земли H₀ и погрешности измерения. Результаты занести в табл. 1.

Таблица 1

Контрольные вопросы

1. Каковы элементы земного магнетизма?
2. Сформулируйте и запишите закон Био-Савара-Лапласа.
3. Что характеризует вектора магнитной индукции и напряженности магнитного поля?
4. Почему магнитная стрелка тангенс-гальванометра должна быть малых размеров?
5. Выведете напряженность магнитного поля прямого тока конечных размеров на оси кругового тока.

The horizontal component of the Earth's magnetic field is an important parameter that is necessary for many scientific and practical studies. There are several methods for determining it, one of which is the use of tangent-bussoli.

The tangent-bussoli is a device consisting of a magnetic needle mounted on a bearing and an angle sensor that allows you to measure the angle of deviation of the arrow from the horizontal. Using this angle, the horizontal component of the Earth's magnetic field can be determined.

To carry out virtual laboratory work to determine the horizontal component of the Earth's magnetic field using tangent-bussoli, it is necessary to use special software that simulates the operation of this device. In the course of the work, the student is asked to complete several stages:

Studying the principles of tangent-bussoli operation. The student is provided with information about how this system works and how it is possible to measure the horizontal component of the Earth's magnetic field with its help.

Launching a virtual experiment. The student is invited to take a series of measurements of the angle of deflection of the magnetic needle at various directions and locations. These data are necessary for further calculations.

Processing the results. After completing the experiment, the student is invited to analyze the data obtained and draw conclusions about the horizontal component of the Earth's magnetic field at this point.

Comparison with theoretical values. The student is given the opportunity to compare the result obtained with the theoretical values of the horizontal component of the Earth's magnetic field in a given area.

Thus, the virtual laboratory work on determining the horizontal component of the Earth's magnetic field using tangent-bussoli allows students to get acquainted with the methodology of conducting such studies, learn how to work with appropriate equipment and perform the necessary calculations. This experience can be useful both for students studying physics and geophysics, as well as for specialists working in the field of scientific research and applied geophysics.

Виртуальная лабораторная работа по физике «Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли с помощью тангенс–буссоли» является важным этапом в изучении электромагнетизма. Эксперимент проводится с целью определения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли в конкретном месте над поверхностью земли.

Тангенс–буссоли - это прибор, который позволяет измерить угол между направлениями магнитного севера и горизонта. Для проведения эксперимента необходимо установить тангенс–буссолю на горизонтальной поверхности и зафиксировать угол отклонения стрелки от направления магнитного севера. С помощью этого угла можно определить горизонтальную составляющую магнитного поля Земли.

Проведение виртуальной лабораторной работы позволяет студентам самостоятельно изучить основы работы с тангенс–буссоли, понять принцип определения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли и научиться анализировать полученные результаты. Это помогает им лучше усвоить теоретический материал и приобрести практические навыки в области физики.

Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли имеет важное значение в науке и технике. Эти знания могут быть применены в различных областях, таких как геология, навигация, астрономия и даже в современных технологиях, где магнитные поля играют важную роль.

В ходе виртуальной лабораторной работы студенты изучают не только теорию, но и приобретают практические навыки работы с физическими приборами. Это помогает им развить логическое мышление, умение проводить эксперименты и анализировать полученные данные. Такой подход к обучению способствует формированию профессиональной компетенции и готовности к решению сложных задач в будущей профессиональной деятельности.

В заключение, виртуальная лабораторная работа по физике «Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли с помощью тангенс–буссоли» играет важную роль в процессе обучения студентов. Она позволяет им применить полученные знания на практике, развить навыки работы с физическими приборами и глубже понять законы природы. Такой опыт не только обогащает образовательный процесс, но и способствует формированию профессионального подхода к научной работе.

The virtual laboratory work in physics "Determination of the horizontal component of the Earth's magnetic field using tangent–bussoli" is an important stage in the study of electromagnetism. The experiment is conducted in order to determine the horizontal component of the Earth's magnetic field at a specific location above the earth's surface.

The tangent–bussoli is a device that allows you to measure the angle between the directions of the magnetic north and the horizon. To conduct the experiment, it is necessary to set the tangent–bussole on a horizontal surface and fix the angle of deviation of the arrow from the direction of magnetic north. Using this angle, the horizontal component of the Earth's magnetic field can be determined.

Conducting virtual laboratory work allows students to independently study the basics of working with tangent–bussoli, understand the principle of determining the horizontal component of the Earth's magnetic field and learn how to analyze the results obtained. This helps them to better assimilate theoretical material and acquire practical skills in the field of physics.

Determining the horizontal component of the Earth's magnetic field is important in science and technology. This knowledge can be applied in various fields such as geology, navigation, astronomy and even in modern technologies where magnetic fields play an important role.

During the virtual laboratory work, students study not only theory, but also acquire practical skills in working with physical devices. This helps them develop logical thinking, the ability to conduct experiments and analyze the data obtained. This approach to learning contributes to the formation of professional competence and readiness to solve complex tasks in future professional activities.

In conclusion, the virtual laboratory work in physics "Determination of the horizontal component of the Earth's magnetic field using tangent–bussoli" plays an important role in the learning process of students. It allows them to put their knowledge into practice, develop skills in working with physical devices and gain a deeper understanding of the laws of nature. Such experience not only enriches the educational process, but also contributes to the formation of a professional approach to scientific work.