234. Виртуальная лабораторная работа по физике "Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли с помощью тангенс–буссоли" https://efizika.ru/html5/234/index.html.

Цель работы: определить горизонтальную составляющую магнитного поля Земли.

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

234. Virtual laboratory assignments in physics Virtual laboratory work in physics "Determination of the horizontal component of the Earth's magnetic field using tangent–bussoli" https://efizika.ru/html5/234/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, parameter panel.

Виртуальная лабораторная работа №234

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ С ПОМОЩЬЮ ТАНГЕНС–БУССОЛИ

Цель работы: определить горизонтальную составляющую магнитного поля Земли.

Приборы и принадлежности: источник питания, реостат, двойной переключатель, миллиамперметр, тангенс-гальванометр, соединительные провода, панель параметров.

Виртуальная лаборатория: https://efizika.ru/html5/234/index.html

 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

1. Собрать цепь по схеме (рис. 6).
2. Установить тангенс-гальванометр в плоскости магнитного меридиана Земли (по магнитной стрелке).
3. Включить источник тока.
4. 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.
5. 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.
6. Повторить пп. 4, 5 для других значений токов, при которых отклонение стрелки составит приблизительно 30° и 45°.
7. 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.

Виртуальная лабораторная работа по физике: Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли с помощью тангенс-буссолиЦели работы: 1. Изучить принцип работы тангенс-буссоли. 2. Определить горизонтальную составляющую магнитного поля Земли. Оборудование: - Тангенс-буссоль (или компас) - Уровень - Линейка - Уголок (для измерения углов) - Запись данных (тетрадь или компьютер) Теоретическая часть: Тангенс-буссоль — это прибор, который позволяет измерять угол наклона магнитной стрелки относительно вертикали и горизонтали. Этот угол связан с горизонтальной и вертикальной составляющими магнитного поля. Горизонтальная составляющая магнитного поля B_H может быть определена по формуле: B_H = B ·cos(α) где: - B — полное магнитное поле, - α — угол наклона стрелки относительно горизонтали. Процедура выполнения работы: 1. Подготовка прибора: - Убедитесь, что тангенс-буссоль установлена на ровной поверхности. - Убедитесь, что вблизи нет сильных магнитных полей (например, от электроприборов). 2. Измерение угла наклона: - Аккуратно установите тангенс-буссоль так, чтобы её ось была горизонтальна. - Запишите угол наклона стрелки (угол α). 3. Определение полного магнитного поля: - Для этого вам может понадобиться использовать другой прибор (например, магнитометр), чтобы измерить величину полного магнитного поля B. 4. Расчет горизонтальной составляющей: - Подставьте полученные значения в формулу для расчета горизонтальной составляющей B_H. 5. Анализ результатов: - Сравните полученные результаты с известными значениями горизонтальной составляющей магнитного поля для вашего региона. - Обсудите возможные источники ошибок в эксперименте. Заключение: В результате данной лабораторной работы вы сможете определить горизонтальную составляющую магнитного поля Земли и понять, как работают магниты и магнитные поля в целом. Также вы сможете оценить точность ваших измерений и обсудить факторы, влияющие на результаты. Вопросы для самоконтроля: 1. Каковы основные источники ошибок при использовании тангенс-буссоли? 2. Как изменение положения прибора может повлиять на результаты измерения? 3. Каковы практические применения измерения магнитного поля?

Виртуальная лабораторная работа по физике: Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли с помощью тангенс-буссоли ▎Цели работы: 1. Изучить принцип работы тангенс-буссоли. 2. Определить горизонтальную составляющую магнитного поля Земли. ▎Оборудование: - Тангенс-буссоль (или компас) - Уровень - Линейка - Уголок (для измерения углов) - Запись данных (тетрадь или компьютер) ▎Теоретическая часть: Тангенс-буссоль — это прибор, который позволяет измерять угол наклона магнитной стрелки относительно вертикали и горизонтали. Этот угол связан с горизонтальной и вертикальной составляющими магнитного поля. Горизонтальная составляющая магнитного поля B_H может быть определена по формуле: B_H = B ·cos(α) где: - B — полное магнитное поле, - α — угол наклона стрелки относительно горизонтали. ▎Процедура выполнения работы: 1. Подготовка прибора: - Убедитесь, что тангенс-буссоль установлена на ровной поверхности. - Убедитесь, что вблизи нет сильных магнитных полей (например, от электроприборов). 2. Измерение угла наклона: - Аккуратно установите тангенс-буссоль так, чтобы её ось была горизонтальна. - Запишите угол наклона стрелки (угол α). 3. Определение полного магнитного поля: - Для этого вам может понадобиться использовать другой прибор (например, магнитометр), чтобы измерить величину полного магнитного поля B. 4. Расчет горизонтальной составляющей: - Подставьте полученные значения в формулу для расчета горизонтальной составляющей B_H. 5. Анализ результатов: - Сравните полученные результаты с известными значениями горизонтальной составляющей магнитного поля для вашего региона. - Обсудите возможные источники ошибок в эксперименте. ▎Заключение: В результате данной лабораторной работы вы сможете определить горизонтальную составляющую магнитного поля Земли и понять, как работают магниты и магнитные поля в целом. Также вы сможете оценить точность ваших измерений и обсудить факторы, влияющие на результаты. ▎Вопросы для самоконтроля: 1. Каковы основные источники ошибок при использовании тангенс-буссоли? 2. Как изменение положения прибора может повлиять на результаты измерения? 3. Каковы практические применения измерения магнитного поля?