Краткая теория. «Определение напряжённости магнитного поля Земли

Лабораторная работа № 15

«Определение напряжённости магнитного поля Земли

с помощью тангенс-гальвонометра»

Магнитное поле образуется вокруг любого движущегося заряда, в частности вокруг проводника с током.

Свойства магнитного поля, образованного движущимся зарядами тождественны свойствам магнитного поля вокруг постоянных магнитов.

Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции , направление которого совпадает с касательными к магнитным силовым линиям.

Магнитные силовые линии поля, образованного проводником с током,

представляют собой концентрические окружности, которые лежат в плоскостях, перпендикулярных проводнику с током, с центром на проводнике. (см. рис.1). Направление силовых линий определяется правилом буравчика.

Физический смысл вектора , определяется из закона Ампера: на проводник с током , помещенный в магнитное поле, действует сила, равная:

(1)

- векторная запись закона Ампера, или

(2)

- скалярная запись. При (т.е. если магнитное поле однородно) закон Ампера можно записать так:

, откуда, при условии ,

, (3)

т.е. вектор магнитной индукции определяется силой, действующей на проводник единичной длины, по которому течет ток силой в 1А.

Единицей измерения служит Тл (тесла), размерность которой определяется из формулы (3): .

Численное значение вектора магнитной индукции определяется из закона Био-Савара-Лапласа (для элемента тока dl). В векторной форме , в скалярной записи - (4)

где r - расстояние от элемента тока dl до т.А, где определяется элементарное значение dB магнитного поля, - угол между dl и r (рис. 1а);

- магнитная проницаемость среды; - магнитная постоянная.

Часто магнитное поле изучается в воздухе или вакууме и тогда рациональнее использовать для описания поля не , а вектор напряженности , который равен: , т.е. не зависящий от магнитных свойств среды.

Тогда закон Био-Савара-Лапласа для dH запишется в виде:

; (5)

Используя формулу (5) можно найти напряженность магнитного поля, образованного проводником с током любой конфигурации. Например, магнитное поле, образованное круговым током, описывается вектором , который в центре кругового тока направлен перпендикулярно плоскости круга. Численное значение получим, если учесть, что , .

; (рис 2).

Если поле образовано n- витками с током, то:

;

В случае, если поле образовано очень большим количеством витков N с током, намотанным на очень длинный каркас (т.е. образует соленоид), то для нахождения напряженности внутри соленоида используют закон полного тока: ; с другой стороны: , тогда и , где N- полное число витков соленоида, - его длина; n- число витков соленоида на единице длины.

В любой точке над поверхностью Земли обнаруживается действие магнитных сил, земной магнетизм. В настоящее время существуют две гипотезы земного магнетизма:

1. Гипотеза, объясняющая наличие магнитного поля электрическими токами, циркулирующими на больших глубинах в жидком ядре Земли.

2.Гипотеза, основанная на предложении, что земная кора содержит в разных участках различное количество магнитных пород. Происхождение магнитного поля окончательно еще не выяснено.

Цель работы – определить горизонтальную составляющую магнитного поля Земли.

Дата добавления: 2014-11-16