Определение горизонтальной составляющей

Индукции магнитного поля Земли

1 Магнитное поле Земли

2 Магнитный момент кругового тока

3 Принцип работы тангенс-гальванометра

Основные понятия по теме

Магнитометрический метод измерения основан на магнитном взаимодействии образца и магнитной стрелки.

Земля представляет собой огромный шаровой магнит. Поэтому в любой точке на поверхности Земли и в окружающем пространстве обнаруживается действие магнитных сил. Магнитные полюса Земли не совпадают с географическими. Южный полюс магнитного поля Земли расположен у северных берегов Америки, примерно под 74° северной широты и 100° западной долготы, а северный полюс – в Антарктиде, под 60° южной широты и 143° восточной долготы. Схема силовых линий магнитного поля Земли показана на рисунке 15.1 (пунктиром показана ось вращения Земли СЮ).

Рисунок 15.1 – Схема силовых линий

магнитного поля Земли

Направление магнитных силовых линий Земли можно определить с помощью магнитной стрелки. Если подвесить магнитную стрелку на нити так, чтобы точка подвеса совпадала с центром тяжести стрелки, то последняя устанавливается по направлению касательной к силовой линии магнитного поля Земли. В северном полушарии южный конец будет наклонен к Земле и стрелка составит с горизонтом угол наклонения θ. Вертикальная плоскость, в которой расположится стрелка, называется плоскостью магнитного меридиана. Угол a между магнитным и географическим меридианами называется магнитным склонением.

Силовой характеристикой любого магнитного поля является индукция . Значения Земли невелики и изменяются в пределах от 0,42∙10^-4 Тл на экваторе до 0,7∙10^-4 Тл у магнитных полюсов. Вектор индукции магнитного поля Земли можно разложить на две составляющие: горизонтальную и вертикальную . Укрепленная на вертикальной оси магнитная стрелка устанавливается в направлении горизонтальной составляющей магнитного поля Земли .

Магнитное наклонениеθ, склонение a и горизонтальная составляющая магнитного поля являются основными параметрами магнитного поля Земли. Горизонтальную составляющую магнитного поля Земли определяют с помощью прибора, называемого тангенс-гальванометром.

Рисунок 15.2 – Общий вид тангенс-гальванометра

Он состоит из катушки – нескольких круговых проводников, расположенных вертикально в плоскости магнитного меридиана (диаметр проводников и число витков указывается на приборе). В центре помещается магнитная стрелка. Она должна быть малой, чтобы можно было принимать действующую на полюса индукцию равной индукции в центе кругового тока.

Плоскость контура устанавливается перпендикулярно горизонтальной плоскости так, чтобы она совпадала с направлением магнитной стрелки (рисунок 15.3 а). Ток, протекающий по контуру, создает магнитное поле , действующее на магнитную стрелку и направленное перпендикулярно горизонтальной составляющей земного поля . Под действием горизонтальной составляющей индукции поля Земли и индукции поля контура стрелка установится по направлению равнодействующей индукции (рисунок 15.3 б).

а)

б)

Рисунок 15.3 – Векторная диаграмма: а) – плоскость контура

совпадает с первоначальным направлением магнитной стрелки, б) – стрелка отклоняется под действием горизонтальной

составляющей индукции поля Земли.

Из рисунка 15.2 видно, что

. (15.1)

Индукция магнитного поля контура В_к в центре контура равна

, (15.2)

где n – число витков контура, i – ток, протекающий в контуре, r – радиус контура, μ₀ – магнитная постоянная.

Из (15.1) и (15.2) следует:

или

(15.3)

Для данного места Земли и данного прибора является постоянной величиной и называется постоянной тангенс-гальванометра. Тогда:

. (15.4)

Следует помнить, что формула (15.4) является приближенной, т. е. верной только в том случае, когда размер магнитной стрелки много меньше радиуса контура r. Наименьшая ошибка при измерениях получается при углах отклонения стрелки » 45°. Соответственно этому и устанавливается сила тока в катушке тангенс-гальванометра, который используется в данной работе.

Вопросы для самоконтроля

1 Назовите основные параметры магнитного поля Земли.

2 Объясните устройство и принцип действия тангенс-гальванометра.

3 Чему равна напряженность магнитного поля в центре контура с током?

4 Почему измерения горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли выгоднее проводить при угле отклонения стрелки 45°?

5 Что называется магнитным моментом кругового тока?

Лабораторная работа 15