ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ (Решение → 15445)

Заказ №39164

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ Цель работы – определить горизонтальную составляющую напряжённости постоянного магнитного поля (ПМП)

Решение

Земли косвенным методом. Теоретические положения Земля создаёт вокруг себя ПМП. На рис.1 изображены линии напряжённости ПМП Земли. Видно, что ось ПМП Земли направлена приблизительно с севера на юг. В 1985 г. в северном полушарии линии напряженности ПМП сходились в точке, имеющей координаты 77° северной широты и 102° западной долготы (координаты геомагнитных полюсов Земли со временем изменяются). Эта точка называется северным геомагнитным полюсом Земли. В южном полушарии точка схождения линий напряжённости имела координаты 65.5° южной широты и 139.5° восточной долготы. Она называется южным геомагнитным полюсом Земли. Нужно заметить, что точки схождения силовых линий ПМП лежат не на поверхности Земли, а под ней. Геомагнитные полюсы Земли не совпадают с её географическими полюсами. Магнитная ось Земли, т.е. прямая, проходящая через оба геомагнитных полюса Земли, не проходит через геометрический центр Земли. Вектора напряжённости ПМП Земли лежат в плоскостях магнитных меридианов. Угол φ между вектором напряжённости ПМП Земли и горизонтальной плоскостью, касательной поверхности Земли, называют магнитным наклонением. На экваторе φ = 0°, а на геомагнитных полюсах φ = 90°, в СанктПетербурге φ =72°. Проекцию вектора напряжённости ПМП Земли на горизонтальную плоскость называют горизонтальной составляющей вектора напряжённости НГ ПМП Земли (в литературе обозначается НЗ). Вертикальная составляющая вектора напряжённости НВ ПМП Земли (в литературе обозначается ZЗ) перпендикулярна НГ На поверхности Земли вертикальная составляющая вектора напряжённости ПМП НВ достигает максимума на геомагнитных полюсах при значении примерно 48 А/м в районе северного геомагнитного полюса и 56 А/м в районе южного геомагнитного полюса. На магнитном экваторе вертикальная составляющая напряжения ПМП НВ равна нулю. Горизонтальная составляющая достигает максимума на магнитном экваторе, составляя около 31,8 А/м, и равна нулю на магнитных полюсах. Вектора напряженности ПМП в точках земной поверхности различны. Эти вектора могут быть проведены, исходя из численных значений составляющих векторов напряженностей НГ и НВ . В лабораторной работе для определения горизонтальной составляющей ПМП Земли используют устройство, которое называют тангенсгальванометром. Устройство состоит из плоской вертикальной катушки, в центре которой горизонтально закреплён компас с лимбом для измерения угла поворота магнитной стрелки компаса. Стрелка может вращаться в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси. При протекании тока по виткам катушки магнитная стрелка компаса под действием магнитного поля катушки и ПМП Земли располагается по касательной к линиям напряженности результирующего ПМП. На рис. 2 изображён разрез катушки тангенс-гальванометра горизонтальной плоскостью. Катушка размещена в плоскости магнитного меридиана. Ось Y направлена в сторону южного геомагнитного полюса Земли. По виткам катушки протекает ток, создаваемый ЭДС источника электрической энергии. Направление тока указано в сечении катушки (точка – ток течёт на нас, крестик – ток течёт от нас). Напряжённость ПМП, создаваемую током в центре катушки, обозначают НК, горизонтальную составляющую ПМП Земли – Н Г. Вектор результирующей напряжённости в центре катушки – Н. Угол отклонения стрелки компаса от плоскости магнитного меридиана – α. Искомая горизонтальная составляющая напряжённости ПМП Земли определяется по результатам прямых измерений силы тока в витках катушки и угла отклонения стрелки от плоскости магнитного меридиана. Горизонтальная составляющая напряжённости ПМП Земли НГ связана с напряжённостью ПМП, создаваемой током катушки НК, соотношением HK H tg   Напряжённость ПМП в центре плоской круговой катушки НК, А/м, в соответствии с законом Био-Савара-Лапласа равна 2 K IN H r  где I – сила тока в витках катушки, А; N – число витков катушки; r – радиус витка катушки, м. Окончательное выражение для расчёта горизонтальной составляющей напряжённости ПМП Земли имеет вид: 2 IN H r tg    Электрическая схема установки для определения горизонтальной составляющей ПМП Земли, представлена на рисунке 3. Здесь ТГ – тангенс-гальванометр, Е – источник электрической энергии постоянного тока, А –амперметр, R – регулировочный реостат, П – переключатель направления тока в катушке тангенс-гальванометра, В – выключатель. При выполнении эксперимента последовательно устанавливают значения тока катушки, указанные на рабочем месте. Для каждого значения тока измеряют углы отклонения стрелки компаса: α+ при одном направлении тока катушки и α– при противоположном направлении тока (направление тока изменяют с помощью переключателя П)