Как устанавливается магнитная стрелка в магнитном поле

Стрелка — компас

Стрелка компаса всегда показывает на север. [1]

Стрелка компаса , сама являющаяся магнитом, ориентируется в магнитном поле Земли. В положении равновесия она располагается параллельно магнитным силовым линиям поля Земли. [3]

Стрелка компаса , способная свободно вращаться вокруг вертикальной оси, стремится устанавливаться в направлении север — юг. Направление поля указывается направлением компасной стрелки, которая может свободно в нем устанавливаться. Мы говорим, что в пространстве вне стрелки поле имеет направление от южного к северному кончику стрелки. Точно так же, как мы пользовались семенами травы, чтобы показать направление электрического поля, мы применяем магнитную стрелку для исследования направления магнитного поля. [5]

Стрелка компаса отклоняется от своего первоначального положения, если к ней поднести магнит. [6]

Стрелка компаса Эрстеда ( рис. 5.2, а) мало похожа на цепь постоянного тока. Однако то, о чем первым догадался Ампер, теперь известно всем: намагниченное железо наполнено непрерывно движущимися зарядами — электрическими токами в атомном масштабе. [7]

Если стрелка компаса не отклоняется в сторону, в рамке имеется обрыв проводника. [8]

Почему стрелка компаса в некоторых местах Земли указывает истинное направление на север и юг. [9]

Для стрелки компаса можно произвольно выбирать угол 6 и тем самым — любое значение энергии в интервале от Ш до — р Я. Магнитные атомные ядра, напротив, не могут занимать произвольного положения во внешнем магнитном поле. Они имеют лишь несколько разрешенных ориентации и, следовательно, несколько энергетических уровней. [11]

Как только стрелка компаса придет в равновесие, отсчитывают по круговой шкале компаса угол отклонения стрелки ах. [12]

Как устанавливается железная стрелка компаса вблизи проводника с током. [13]

Почему колебания стрелки компаса быстрее затухают, если корпус прибора латунный, и медленнее затухают, если корпус прибора пластмассовый. [14]

С использованием стрелки компаса для измерения силы магнитного поля в единицах поля Земли ( горизонтальная компонента) вы, может быть, знакомы по тангенс-гальванометру. Подобный способ измерения силы магнитного поля хорош только тогда, когда рядом нет больших масс магнитного материала вроде железа. Если же это условие не соблюдено, то ток в круглом витке намагнитит железо, что создаст побочное поле и заставит стрелку занять неправильное положение. [15]

Для наглядности магнитное поле чаще всего изображают в виде линий индукции магнитного поля. В любой точке пространства вектор индукции магнитного поля направлен по касательной к этой линии. Линии магнитной индукции можно визуализировать при помощи мелких ферромагнитных объектов, которые могут свободно или почти свободно двигаться во внешнем магнитном поле. В простейшем случае подойдут металлические опилки, если их высыпать на лист бумаги или картона, одновременно поднеся с другой стороны к листу магнит, то опилки выстроятся вдоль линий магнитной индукции.

В небольшом сосуде железные опилки могут до некоторой степени визуализировать линии магнитной индукции в пространстве.

Еще одним способом визуализации магнитного поля могут быть магнитные стрелки компасов. Сейчас в продаже имеется широчайший выбор дешевых магнитных компасов, которые могут послужить материалом для подобного проекта. Компасы надо разобрать и извлечь из них магнитные стрелки и острия, на которых эти стрелки удерживаются.

В качестве корпуса хорошо подходит коробка от CD диска. По углам коробки просверливаются крепежные отверстия.

На основание при помощи клея «Момент» крепятся компасные картушки.

На которые в свою очередь устанавливаются магнитные стрелки.

Расстояние между крышкой коробки и магнитными стрелками должно быть таким, что бы с одной стороны ничего не мешало вращению стрелок, а с другой в любом положении стрелки не должны слетать с отведенных им мест. Для регулирования зазора под крышку подкладывают втулки нужной высоты, отрезанные например, от корпуса старой авторучки. Окончательную подгонку по высоте можно выполнить с помощью тонких текстолитовых шайб. Крепления крышки желательно изготовить из немагнитного материала. Идеальным вариантом были бы латунные или пластиковые винты и гайки, но приемлемо использовать толстые нитки.

Прибор в готовом виде.

В данном варианте на панели установлено 9 магнитных стрелок, можно уменьшить их число до 7, в несколько иной конфигурации.

Подобные демонстрационные приборы есть в продаже, но, как чаще всего бывает с лабораторным оборудованием для школ, их стоимость делает самостоятельное изготовление оправданным.

Такой прибор наглядно демонстрирует расположение линий магнитного поля вокруг постоянного магнита. Обзор подготовил Denev.

Обсудить статью МАГНИТНЫЕ СТРЕЛКИ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5.12

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ВЕКТОРА МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ ПОЛЯ ЗЕМЛИ

И ИНДУКТИВНОСТИ КАТУШКИ

Цель работы:определить горизонтальную составляющую вектора магнитной индукции поля земли и индуктивности катушки

Приборы и принадлежности:тангенс-гальванометр, миллиамперметр, реостат, источник постоянного тока.

Рисунок 1 Рисунок 2

Рисунок 3 Рисунок 4

Контрольные вопросы

1. Как устанавливается магнитная стрелка в магнитном поле.

2. Сформулировать закон Био-Савара-Лапласа.

3. Чему равна магнитная индукция в центре кругового витка.

4. Каков физический смысл индуктивности контура,

5. Что такое 1 Генри.

6. Чему равна индуктивность соленоида.

7. От чего зависит индуктивность соленоида.

8. Каков физический смысл B и С .

9. Рассказать устройство прибора и ход работы.

Выполнение работы

Тангенс-гальванометр представляет собой плоскую вертикальную катушку радиуса R с некоторым числом витков N, в центре катушки в горизонтальной плоскости расположена короткая стрелка SN (рис. 4) магнитная стрелка при отсутствии тока в катушке будет расположена по магнитному меридиану Земли.

Поворотом катушки около вертикальной оси добиваются совмещения плоскости катушки с плоскостью магнитного меридиана; в этом случае один конец стрелки стоит на 0 ° , а другой на 180 0 .

После такой установки катушки пропускается полный ток, в результате чего магнитная стрелка повернется на некоторый угол α. Объясняется это тем, что на магнитную стрелку действуют два поля: горизонтальная составляющая магнитного поля В0 и поле В1, созданное током (рис.4). Под действием этих полей магнитная стрелка займет такое положение равновесия, при котором равнодействующая двух полей будет совпадать с линией, соединяющей полюсы стрелки ML. На рис.4 даны такие обозначения:

NS — направление магнитного меридиана Земли;

A и B — сечение витка катушки горизонтальной плоскостью;

ME — магнитная стрелка, помешенная в центре катушки;

В0 — горизонтальная составляющая вектора магнитной индукции поля Земли;

В1 — вектор магнитной индукции магнитного поля, созданного током.

. На рис.4 видно, что ; Следовательно:

Магнитная индукция поля в центре витка равна:

где I- сила тока,

m0 – магнитная постоянная, равная проницаемости вакуума:

; m-магнитная проницаемость среды;

Тогда ,

где -магнитная индукция, созданная катушкой с числом витков N

где m — магнитная проницаемость среды;

m0 — магнитная постоянная;

R — средний радиус ( крутизны ) катушки;

N — количество витков в катушке.

1. Определение индуктивности.

Индуктивность катушки зависит от ее радиуса R , числа витков N и магнитной проницаемости среды m.

В данной работе радиус катушки и число витков указаны на подставке тангенс-гальванометра,

Вычисляют индуктивности L1, L2, L3, L4, при подключении на клеммы N1=20 витков, N2=50 витков, N3=70 витков, N4=120 витков.

2. Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.

Собирают цепь по схеме. Миллиамперметр включают на предел 150 мА, поворачивая подставку тангенс-гальванометра, устанавливают витки его катушки в плоскости магнитного меридиана, т.е. добиваются того, чтобы катушка и магнитная стрелка при отключенном источнике питания находилась против делений 0 0 и 180 0 .

Включают катушку на N1=120 витков, включают источник питания, в цепи устанавливают ток I1=40 мА и фиксируют угол поворота стрелки. Затем реостатом устанавливают ток I2=70 мА и I3=100 мА, определяя для данных токов углы поворота, и вычисляют величины Bi для всех трех случаев. Затем включают катушки на N2=70 витков, N3=50 витков, N4=20 витков и производят аналогичные измерения. По полученным результатам вычисляют значение В0. Результаты заносят в таблицу.

Таблица – Результаты измерений

Число витковN опытаI×10 -3 , Аα, °tgαВ0L, Гн
N1=200,176 0,36 0,550,028 0,024 0,022
N2=500,55 0,86 1,190,022 0,025 0,026
N3=700,7 1,19 1,660,025 0,025 0,026
N4=1201,19 2,14 2,740,025 0,024 0,027

; ; R=0,1м; I – сила тока .

При N1: tg 10=0,176; При N2: tg 29=0,55 При N3: tg 35=0,7 При N4: tg 50=1,19

tg 20=0,36; tg 41=0,86 tg 50=1,19 tg 65=2,14

tg 29=0,55. tg 50=1,19 tg 59=1,66 tg 70=2,74

;

; ;

; ;

;

; ;

;

; ;

; ; ;

Ответы на контрольные вопросы

1. Стрелка устанавливается под действием горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.

2. Магнитная индукция поля прямопропорциональна величине тока, протекающего в проводнике и величине этого отрезка проводника, и обратно пропорциональна квадрату расстояния от данного элемента до точки, в которой необходимо измерить это поле

, ,

где m — магнитная проницаемость среды;

m0 — магнитная постоянная;

r – расстояние от данного элемента тока до точки в которой необходимо измерить это поле;

dl – величина отрезка, по которому протекает ток.

3.

где I — сила тока,

R — радиус витка,

m0 – магнитная постоянная, равная проницаемости вакуума

;

m — магнитная проницаемость среды.

4. Индуктивность контура зависит от геометрической формы контура, его размеров и магнитной проницаемости среды, в которой он находится.

где L – индукция,

Ф – магнитный поток,

5. Что какое Генри (единица индуктивности)

Индуктивность такого контура, магнитный поток самоиндукции которого при токе в 1 А равен 1 Вб (вебер).

6. Индуктиновть соленоида зависит от числа витков соленоида, его длины l, площади S, магнитной проницаемости m вещества, из которой сделан сердечник соленоида.

7. Индуктивность соленоида зависит от числа витков соленоида N, его длины l, площади S и магнитной проиницаемости m вещества, из которой сделан сердечник соленоида.

8. Электроемкость проводника — ,

Электроемкость уединенного проволника определяется зарядом (Q), сообщение которого проводнику изменяет его потенциал (j) на единицу,

или 1 фарада – емкость такого уединенного проводника, потенциал которого изменяется на 1В при сообщении ему заряда 1Кл.

— Магнитная индукция действует с силой в 1Н на каждый метр длины прямолинейного проводника, расположенного перпендикулярно направлению поля, если по этому проводнику проходит ток в 1А, индукция измеряется в теслах (1 Тл). .

Погрешность .

Вывод: В ходе выполнения лабораторной работы произвели определение горизонтальной составляющей вектора магнитной индукции поля земли и индуктивности катушки, научились пользоваться Тангес-гальвонометром.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Только сон приблежает студента к концу лекции. А чужой храп его отдаляет. 8843 — | 7556 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Оцените статью
Добавить комментарий