определение горизонтальной составляющей напряжЁнности магнитного поля земли

Цель работы: определить горизонтальную составляющую напряжённости магнитного поля Земли.

Приборы и принадлежности: источник постоянного тока, тангенс-гальванометр, реостат (1 А, 2000 Ом), амперметр (1 – 2 А), ключ.

КРАТКАЯ теория

Как известно, Земля обладает собственным магнитным полем, конфигурация которого подобна полю постоянного полосового магнита. Вектор напряжённости магнитного поля Земли, в общем случае, непараллелен её поверхности. Поэтому его можно разложить на две составляющие:

а) горизонтальную, совпадающую с направлением магнитного меридиана;

б) вертикальную, называемую магнитным наклонением .

На магнитном экваторе вертикальная составляющая равна нулю, на магнитном полюсе горизонтальная составляющая равна нулю. Угол, который образует вертикальную плоскость, проходящую через магнитный меридиан с вертикальной плоскостью, проходящей через географический меридиан, называется магнитным склонением .

Значение углов склонения и наклонения, а также горизонтальной составляющей даст возможность определить величину и направление полной напряжённости магнитного поля Земли в данной точке.

Если магнитная стрелка может свободно вращаться лишь вокруг вертикальной оси, то она будет устанавливаться под действием горизонтальной составляющей магнитного поля Земли в плоскости магнитного меридиана. Горизонтальная составляющая, магнитное склонение и наклонение называются элементами земного магнетизма, они изменяются с течением времени.

Угол наклона свободной магнитной стрелки к горизонтали называется углом свободного наклонения.

Проекция вектора напряжённости геомагнитного поля на горизонталь, лежащую в плоскости магнитного меридиана, называется горизонтальной составляющей напряжённости магнитного поля Земли.

Вертикальная плоскость, проходящая через свободно подвешенную магнитную стрелку, называется плоскостью магнитного меридиана, а её пересечение с поверхностью Земли – магнитным меридианом. Поскольку конец магнитной стрелки, указывающий на север, был назван северным, в северном полушарии Земли находится южный геомагнитный полюс, а в южном полушарии – северный геомагнитный полюс. Геомагнитные полюсы не совпадают с географическими, поэтому магнитные меридианы не совпадают с географическими. Свободно подвешенная магнитная стрелка определяет направление вектора напряжённости и индукции геомагнитного поля.

Описание установки и метода измерения

Сущность метода сводится к следующему:

пусть плоскость кругового проводника совпадает или параллельна плоскости магнитного меридиана:

На рисунке изображено сечение проводника плоскостью, перпендикулярной плоскости тока, где вектором показана горизонтальная составляющая напряжённости магнитного поля Земли. Если по проводнику пропустить электрический ток, то возникает магнитное поле тока, вектор которого в центре витка будет перпендикулярен плоскости тока и направлен в соответствии с правилом буравчика. Магнитная стрелка, помещённая в центре витка, поворачиваясь в горизонтальной плоскости, устанавливается в направлении результирующего вектора так, что её ось составит с вектором некоторый угол . Из рисунка видно, что горизонтальная составляющая напряжённости поля Земли может быть найдена из соотношения:

, (1)

где величина находится по измеренному углу, а величина рассчитывается по формуле для кругового тока.

При наличии витков напряжённость поля тока возрастает во столько же раз. Такая система круговых токов, в центре которых помещена магнитная стрелка, получила название тангенс – буссоли, которая может использоваться для определения . Обычно магнитная стрелка помещается в футляр из магнитного материала и закрывается стеклом, по которому можно провести визирную нить. Поворачивая стекло, можно установить визирную линию под заданным углом относительно направления магнитного меридиана. Если по виткам пустить ток, то магнитная стрелка отклонится от начального направления. Регулируя величину тока можно, совместить ось стрелки с визирной линией и определить угол . Найдя и рассчитав определить искомую величину .

Схема установки приведена на рисунке:

Кружком с магнитной стрелкой в середине символически изображена тангенс – буссоль. В нашем случае катушка буссоли содержит витков толстой медной проволоки, концы которых подключены к паре крайних клемм двойного переключателя. От источника тока один провод через амперметр подключается к средней клемме переключателя, другой провод – через реостат подключается к другой средней клемме переключателя. Установка готова к работе.

Ход работы

1. Поворачивая катушку буссоли, добиться того, чтобы ось магнитной стрелки и визирная линия оказались параллельными плоскости магнитного меридиана (а следовательно, и катушки). Заметить, против какого деления лимба буссоли установился конец визирной линии. Соответствующее деление принять за начало отсчёта углов. Удерживая катушку, повернуть визирную линию относительно начального положения на угол . Включить источник тока и замкнуть ключ, при этом стрелка должна повернуться в сторону визирной линии. Регулируя реостатом силу тока, добиться совпадения оси стрелки с визирной линией. Записать значение силы тока .

2. Повернуть визирную линию в другую сторону относительно начального положения на и вновь, регулируя силу тока, добиться совпадения оси стрелки с визиром. Записать значение силы тока .