Лабораторная работа №10. Магнитное поле земли

Магнитное поле Земли можно отождествлять с внешним полем магнитного диполя (стержня), длина которого мала в сравнении с радиусом Земли. При этом центр диполя отстоит на расстоянии 350 км от центра Земли. Ось диполя составляет небольшой угол с земной географической осью. Магнитный момент диполя оценивается в М=8,1 10²⁵эрг/Гс. Северный полюс диполя смотрит на южный географический полюс.

Магнитное поле Земли направлено под некоторым углом θ_н к горизонтальной плоскости. Этот угол называется магнитным наклонением. Горизонтальная составляющая напряженности магнитного поля Земли направлена под углом θ_скл к направлению географического меридиана. Этот угол называется магнитным склонением. Магнитное поле Земли задается составляющими:

а) горизонтальной, Н_гор. , которая всего более у экватора и равна нулю у полюсов,

б) вертикальной, Н_верт. , которая всего более у полюсов и равна нулю у экватора,

Как видно, это поле невелико, но очень медленно убывает с расстоянием (лишь вдвое на высоте 2000 км от поверхности Земли), оно оказывает значительное влияние на различного рода заряженные космические частицы, отклоняя их в окрестности Земли. Колоссальная протяженность магнитного поля Земли компенсирует его слабость. Магнитное поле Земли изменяется с течением времени, так называемые вариации. Это и вековые, и суточные вариации, и магнитные бури, вызванные солнечной активностью, и т.д. Считается, что за последние 3,6 млн лет оно девять раз меняло свое направление (с юга на север и наоборот).

В данной работе определяется величина горизонтальной составляющей магнитного поля Земли с помощью тангенс-буссоли.

Этот прибор (рис. 1) представляет собой плоскую вертикальную катушку, состоящую из нескольких витков проволоки. В центре катушки на вертикальном острие насажана магнитная стрелка.

При имерении плоскость витков совмещают с плоскостью магнитного меридиана Земли, т.е. с вертикальной плоскостью, проведенной через ось магнитной стрелки, находящейся только в магнитном поле Земли. Магнитное поле тока, идущего по виткам буссоли, будет направлено перпендикулярно к плоскости витков. Таким образом, стрелка будет находится в равновесии, когда она станет по направлению результирующего магнитного поля (Земли и буссоли). При этом угол α , на который отклоняется стрелка из исходного положения равновесия, будет определяться соотношением:

Напряженность, создаваемая n витками буссоли, равна

Где I-ток, r -радиус витка.

Измеряя угол α, можно найти горизонтальную составляющую магнитного поля Земли:

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

1. 
   собрать цепь по схеме рис.2, где Т – тангенс-буссоль.
   
2. 
   Установить прибор в плоскости магнитного меридиана.
   
3. 
   Замкнуть цепь.
   
4. 
   Установить ток I=0,8 А. При различном числе витков n и обоих направлениях тока измерить угол отклонения магнитной стрелки α. Результаты занести в таблицу.
   

I	n	α лев	αправ	α	tgα	Hз	Hз

5. 
   Измерить отклонения α при постоянном числе витков (n =3) при различных значениях тока I=(0,5-1,0) А.
   
6. 
   Оценить погрешность измерений. Радиус буссоли r=12,4 см.
   

Список литературы: