В.М. Анисимов, Г.Э. Солохина - Методические указаная к лабораторным работам и темы докладов, страница 10

3.8электродами,касающимисябоковых граней образца, устанавливается разность потенциаловх(см. рис.3.8). По этой разности потенциалов может быть рассчитанавеличина индукции магнитного поляx,(3.12)uхгде ux – величина, называемая чувствительностью датчика, в которомреализуется эффект Холла.BЭкспериментальная установкаВ данной работе для изучения123магнитного поля внутри соленоидаиспользуется полупроводниковыйдатчикмагнитногопотока,который состоит из датчика ХоллаРис.

3.9и усилителя (на рис.3.9 обозначенцифрой 1).Полупроводниковый датчик располагается на торце специальногоштока (зонда), который перемещается по оси соленоида. Дляопределения положения штока внутри соленоида на его боковой гранинанесена сантиметровая шкала 2. К штоку подсоединен жгут 3 дляподключения электродов.

В отсутствии магнитного поля (В = 0)хдолжна быть равна нулю. Однако усилитель постоянного тока имеет навыходе стабильную разность потенциаловх, указанную в паспортедатчика, что необходимо учесть при измерениях.Электрическая схема установки показана на рис.3.10.Соленоид (ФПЭ–04) посредством кабеля 2 подключается кисточнику питания (ИП). Ток i через соленоид фиксируетсяамперметром 3. Перемещая датчик 1 вдоль оси соленоида, измеряютЭДС датчика Δ х с помощью цифрового вольтметра В7–27А/1.62213ФПЭ–04штокИПАPVVВ7–27А/1сетьРис.

3.10Параметры установки:чувствительность датчика магнитного потока uх = 31,25 В/Тл;разность потенциалов на усилителе при В = 0: х = 2,5 В;число витков соленоида N = 3300;длина соленоида L = 0,18 м;диаметр соленоида D = 0,1 м.Порядок выполнения работыУпражнение 1.Определение магнитной индукции в средней точке на осисоленоида с помощью датчика магнитного поля1. Собрать схему, изображенную на рис.3.10.

Для этого гнезда налицевой панели кассеты ФПЭ–04 соединить с соответствующимигнездами цифрового вольтметра. Поставить шток с датчиком в среднееположение на оси соленоида («0» по шкале штока).2. Включить источник питания и цифровой вольтметр в сеть(220 В). Измерить ЭДС датчикаx в средней точке соленоида длятоков 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 А. Полученные результаты занести в табл.3.3.Таблица 3.3№п.п.1234iA0,51,01,52,0хxВВВ0ТлВТл633. Учесть систематическую погрешность измерения датчика,вычитая поправкуприведенную в параметрах установки:х,xxx.4. Для каждого измерения определить экспериментальное значениеиндукции магнитного поля в центре соленоида по формуле (3.12).5.

Вычислить теоретическое значение индукции В0 магнитногополя в центре соленоида по формуле (3.11).6. На одном листе в одном масштабе построить графикизависимостей теоретического и экспериментального значенийиндукции магнитного поля от тока в соленоиде: B0 f (i) и В f (i) .7. Построить зависимость ЭДС датчика Δ х от тока в соленоидеf (i) .xУпражнение 2.Исследование изменения индукции магнитногополя вдоль оси соленоида1. Установить величину тока в соленоиде i = 1 А.2.

Перемещая шток с датчиком магнитного поля вдоль осисоленоида с интервалом х = 2 см, измерять ЭДС датчикаx.Результаты измерений занести в табл.3.4.Таблица 3.4хсм1086420–2–4–6–8–10xВΔ xВВТл3. Учесть систематическую погрешность измерения, вычитаяпоправку х, приведенную в параметрах установки:xxx.3. Вычислить значение магнитной индукции в соленоиде длякаждого положения датчика Холла по формуле (3.12)4. Построить график зависимости индукции магнитного поля откоординаты вдоль оси соленоида В = f(x). Примерный вид графикапоказан на рис.3.7.Контрольные вопросы1. Понятие магнитного поля и его основная характеристика - векториндукции магнитного поля.642.

Что такое силовая линия магнитного поля?3. Понятие бесконечно длинного соленоида. Расчет индукциимагнитного поля внутри него.4. Расчет индукции магнитного поля на оси реального соленоида.5. В чем заключается эффект Холла?6. Объяснитеполученныевработеэкспериментальныезависимости.ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 78Определение горизонтальной составляющеймагнитного поля Земли с помощью тангенс–буссолиЦельработы:измерениегоризонтальнойнапряженности магнитного поля Земли.составляющейКраткая теорияМагнитное поле создается движущимися зарядами или токами.Основной характеристикоймагнитного поля является вектормагнитной индукции B .

Единицыизмерения индукции [В] = 1 Тл.Направление вектора B можно определить с помощью магнитнойстрелки. Вектор магнитной индукции всегда направлен вдоль стрелкиот ее южного полюса к северному.Другой характеристикоймагнитного поля является векторнапряженности Н . Для изотропной*HгBсредывектора  индукциииHвнапряженности Н магнитного поляHсвязанымеждусобойследующимобразом: (3.13)BH0 .В этой формуле µ0 = 1,257 10–6 Гн/м –магнитная постоянная, µ – магнитнаяпроницаемостьсреды.Единицыизмерения напряженности [Н] = 1 А м .Силовой линией магнитного поляназывается линия, касательная к которой вкаждой точке совпадает с направлениемвекторов магнитной индукции В и,Рис. 3.11Изотропной называется среда, свойства которой одинаковы по всемнаправлениям.*65соответственно, напряженности Н .Данная лабораторная работа посвящена изучению магнитного поляЗемли.

Земля представляет собой естественный магнит, полюсакоторого располагаются недалеко (~300 км) от географическихполюсов. Магнитное поле Земли показано на рис.3.11.Поскольку по определению северный полюс магнитной стрелкиуказывает на север, то соответствующий магнитный полюс Земли,называется Южным магнитным полюсом (ведь северный полюсодного магнита притягивается к южному полюсу другого).Соответственно, на юге находится Северный магнитный полюс.Через магнитные полюса Земли можно провести магнитныемеридианы, перпендикулярно к ним – линию большого круга –магнитный экватор – и параллельно последнему линии малых кругов –магнитные параллели.

Таким образом, каждой точке на Земле будутсоответствовать не только географические, но и магнитные координаты.Если в данной точке Земли свободно подвесить магнитную стрелку(т.е. подвесить за центр масс так, чтобы она могла поворачиваться и вгоризонтальной и в вертикальной плоскостях), то она установится понаправлению напряженности магнитного поля Земли в данной точке.Но так как магнитное поле Земли – это поле прямого магнита, ясно,что силовые линии этого поля лишь на магнитных полюсахвертикальны, а на магнитном экваторе горизонтальны (рис.3.11).

Влюбой другой точке земной поверхности силовая линия и касательнаяк ней напряженность магнитного поля располагаются под углом квертикали в этой точке Земли и, значит, под углом к горизонтальнойплоскости в данной точке.Из–за несовпадения магнитных и географических полюсов Землине совпадают и плоскости магнитного и географического меридианов,проходящих через данную точку земной поверхности. Таким образом,положение свободно подвешенной магнитной стрелки характеризуетсядвумя углами и , определенными для данной точки Земли.Магнитное склонение– угол между направлениямигеографического и магнитного меридианов (рис.3.12).Различают восточное и западное склонение (северный полюсстрелки отклоняется соответственно вправо или влево отгеографического меридиана).Магнитное наклонение – угол между направлением напряженностимагнитного поля в данной точке и горизонтальной плоскостью(рис.3.13).

Наклонение бывает северное или южное (северный илиюжный конец стрелки ниже горизонтальной плоскости).66СеверМагнитныймеридианМагнитнаясиловая линияГеографическиймеридианГоризонтальнаяплоскостьЮгРис. 3.12Рис. 3.13Эти два угла – склонение и наклонение – называют элементамиземного магнетизма. Пример: для Москвы8 (восточноесклонение),70 (северное наклонение).Методика измеренийИтак, напряженность магнитногополя Земли для наших широтимеет горизонтальную H г и вертикальную H в составляющие.Магнитная стрелка, вращающаяся на закрепленной вертикальной оси,устанавливается в плоскости магнитного меридиана под действиемгоризонтальной составляющей магнитного поля Земли.Если с помощью кругового тока около стрелки создать еще одномагнитное поле, то согласно принципу суперпозиции стрелка установитсяпо направлению равнодействующей двух магнитных полей(3.14)H1 Hг H0Так как поле кругового тока H 0 нетрудно вычислить, зная ток, тогоризонтальную составляющую земного магнитного поля можноопределить по углу отклонения стрелки и величине поля тока.ОпределениегоризонтальнойсоставляющейнапряженностиHгмагнитного поля Земли производится спомощьюприбора,называемоготангенс – буссолью (см.