Міністерство вищої і середньої спеціальної освіти республіки Узбекистан Ташкентський хіміко-технологічний інститут Кафедра «фізика і електротехніка»
Міністерство вищої і середньої спеціальної освіти республіки Узбекистан
Ташкентський хіміко-технологічний інститут
Кафедра «фізика і електротехніка»
В. Х. Бурханов, І.Т. Бозоров
ВИЗНАЧЕННЯ ГОРИЗОНТАЛЬНІЙ СКЛАДОВОЇ НАПРУЖЕНОСТІ магнітного поля Землі І ПОСТІЙНОЇ ТАНГЕНС-гальванометр
Прилад і приналежності. тангенс-гальванометр, джерело постійного струму, реостат, амперметр, перемикач (подвійний ключ).
В
просторі, що оточує Землю, існує магнітне поле, тому що Земля являє собою величезний магніт, полюса якого лежать поблизу географічних полюсів: північний магнітний полюс знаходиться поблизу південного географічного полюса і навпаки. Існування магнітного поля можна встановити за допомогою магнітної стрілки. Напрямок магнітного поля Землі в загальному випадку нахилений до горизонтальної площини (лише на екваторі-горизонтально, а у магнітних полюсів-вертикально) (рис.1).
Якщо підвісити магнітну стрілку на нитки так, щоб точка підвісу співпадала з центром ваги стрілки, то стрілка встановиться у напрямку силової лінії магнітного поля Землі. У північній півкулі стрілка з горизонтальною площиною складе гострий кут, званий кутом нахилу. Вертикальна площина, в якій рас-покладеться стрілка, називається площиною магнітного меридіана. Так як магнітні полюси не збігаються з географічними полюсами, то стрілка буде відхилена від географічного меридіана на кут . Кут між магнітним і географічним меридіаном називається кутом схилення. Проекцію напруженості магнітного поля Н на горизонтальну площину називають горизонтальної складової магнітного поля Землі. Напрямок цієї складової приймається за напрямок магнітного меридіана, а вертикальна площина, що проходить через нього, як уже зазначалося, є площина магнітного меридіана.
Якщо магнітна стрілка може обертатися тільки в горизонтальній площині навколо вертикальної осі, то вона буде встановлюватися під дією горизонтальної складової магнітного поля Землі в площині магнітного меридіана. На земній кулі зустрічаються місця, в яких магнітне поле сильно відрізняється від відповідних значень в сусідніх місцевостях - це області магнітної аномалії.
Причиною магнітної аномалії в більшості випадків є наявність під поверхнею Землі великих мас магнітної залізної руди. Елементи земного магнетизму повільно змінюються з плином часу. Однак бувають моменти, коли магнітне поле Землі протягом кількох годин змінюється різко. Це явище носить назву магнітної бурі. Вимірювання напруженості магнітного поля землі має важливе значення в навігації, розвідки магнітних руд і т.д.
У даній роботі дається один з методів визначення горизонтальної складової напруженості магнітного поля Землі - Але.
Якщо в площині магнітного меридіана Землі розташувати кругової провідник і в центрі його помістити магнітну стрілку, то при пропущенні електричного струму по провіднику магнітна стрілка буде відхилятися від магнітного меридіана на деякий кут (рис.2), що і реалізовано практично, в так званому, тангенс -гальванометре.
Тангенс-гальванометр є нескладний пристрій з магнітною стрілкою, вміщеній в центрі кругового провідника. При наявності струму в провіднику, на магнітну стрілку буде діяти горизонтальна складова напруженості магнітного поля Землі і магнітне поле кругового струму, спрямоване перпендикулярно до площини витків провідника: в результаті чого стрілка і встановлюється під кутом до лінії магнітного меридіана. Величина цього кута залежить від величини струму поточного по круговому провіднику.
На підставі закону Біо-Савара-Лапласа напруженість магнітного поля в деякій точці, створеного елементом провідника зі струмом пропорційна силі цього струму I. довжині елемента dl. синусу кута між напрямком струму і радіусом-вектором, (проведеного від початку елемента до розглянутої точки), і обернено пропорційна квадрату відстані:
Вектор буде перпендикулярний площині, в якій лежать вектора і (рис.3), а напрямок визначається за правилом свердлика. Якщо рукоятку гвинта обертати від вектора dl до вектору r по найкоротшій відстані, то рух вістря вкаже напрямок вектора.
Згідно з принципом суперпозиції напруженість магнітного поля, створеного провідником кінцевої довжини (з струмом), буде визначатися векторної сумою напруженостей магнітних полів, створюваних окремими ділянками li цього провідника:
Застосовуючи закон Біо-Савара-Лапласа, визначимо напруженість магнітного поля в центрі кругового струму. Кожен елемент струму створює в центрі кола напруженість, спрямовану уздовж позитивної нормалі до контуру. Так як всі вектора Hi збігаються за напрямком, то геометричну суму можна замінити на алгебраїчну:
де n -відповідає числу елементів струму. В даному випадку радіус-вектор перпендикулярний до елементу струму dl. отже, sin = 1, тоді для елемента струму і результуюче поле дорівнюватиме:, але сума елементів дасть довжину окружності, отже:.
Напрямок магнітного поля в центрі кругового струму можна визначити за правилом гвинта: якщо обертання рукоятки збігається з напрямком струму, то поступальний рух вістря дасть напрямок магнітного поля.
Так як тангенс-гальванометр містить п витків, то напруженість магнітного поля в центрі буде дорівнює:
де I - сила струму, що проходить по витків;
r - радіус кругового провідника;
n - число витків.
У зв'язку з тим, що горизонтальна складова напруженості магнітного поля в даному місці Землі є величиною постійною, а напруженість магнітного поля кругового струму пропорційна величині струму, то і кут відхилення буде пропорційний току. Під дією двох магнітних полів стрілка встановлюється уздовж рівнодіюча. На рис.2 видно, що, а на підставі формули (1) маємо:
або для струму отримаємо
є постійною величиною для даного місця на земній кулі і використовуваного приладу, дана величина називається перекладним множником або постійної тангенс-гальванометра. Порівнюючи формули (4) і (5), для струму маємо
Пропорційність між силою струму I і tg зберігається, якщо магнітне поле Землі в межах місцезнаходження стрілки вважається однорідним.
Знаючи силу струму I і значення тангенса кута, по формулі (б) можна визначити постійну тангенс-гальванометра
Особливості апаратів і схеми
Тангенс-гальванометр складається з дерев'яного каркаса великого діаметру, на який намотано кілька витків провідника. У центрі каркаса поміщена магнітна стрілка в футлярі (компас) і вона може вільно обертатися в горизонтальній площині.
Д ля цього стрілку звільняють від аретира поворотом скляної кришки або спеціального важеля. Схема включення приладів показана на рис.4, де -тангенс-гальванометр; -перемикач; -реостат; -амперметр; E-джерело постійного струму; -ключ.
На рис.2 зверніть увагу на розташування магнітних силових ліній показаних пунктиром навколо провідника зі струмом; в перерізі "А" провідника струм йде на нас (показаний крапкою), а в перетині "В" ток йде від нас, за площину креслення (показаний хрестиком).
Перемикач служить для комутації струму, тобто зміни напрямку струму в тангенс-гальванометра, що дозволяє зменшити похибку вимірювання.
Порядок виконання роботи
Звільняють стрілку від аретира, і вона встановлюється в площині магнітного меридіана. Площина кругового струму поєднують з вертикальною площиною, що проходить через магнітну стрілку, тобто з площиною магнітного меридіана. Практично при цьому один кінець стрілки показує 0 °, а інший -180 °.
Реостат встановлюється в нижнє положення, яке відповідає найменшому значенню струму.
Включають напруга; встановлюють перемикач, наприклад, в крайнє праве положення (контакти 1-2).
Переміщаючи движок реостата, встановлюють струм I = 0,2 А і вимірюють кути відхилення 1. і 2 обох кінців стрілки від початкового її положення.
Встановлюючи перемикач в крайнє ліве положення 3-4, тим самим змінюють напрямок струму в тангенс-гальванометра і відраховують кути 3. і 4. Відлік чотирьох кутів беруться з метою виключення неточності установки кругового контуру в площині магнітного меридіана.
Аналогічні вимірювання проводять при токах I = 0,3; 0,4 і 0,5 Ампер.
За формулою обчислюють горизонтальну складову нап-ряджений магнітного поля Землі для кожного вимірювання. Число витків вказано на приладі. Знаходять середнє значення і визначають абсолютну і відносну помилки.
За формулою обчислюють постійну тангенс-гальванометра.
Результати вимірювань і обчислень заносять в таблицю: Контрольні питання
Як влаштований і для чого застосовується тангенс-гальванометр?
Що називається горизонтальною і вертикальною складовою напруженості магнітного поля Землі?
Чому необхідно тангенс-гальванометр встановити в напрямку магнітного меридіана?
Поясніть причину повороту стрілки після подачі напруги на котушку тангенс-гальванометра.
Семінар проекту Темпус для вузів ферганської долини
Міністерство вищої і середньої спеціальної освіти Республіки Узбекистан, Національний офіс Темпус Узбекистану, Ферганський.
Прес-реліз VI республіканський дискусійний форум «дилема»
Міністерство вищої і середньої спеціальної освіти руз і Представництво Британської ради в Узбекистані, являє собою.
Санітарні правила і норми, гігієнічні нормативи республіки узбекистан
Гігієнічні вимоги до видань навчальним для загальної середньої та середньої спеціальної, професійної освіти