ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ. 1. Координатную сетку со дна кюветы перенести в масштабе на свой лист миллиметровой

1. Координатную сетку со дна кюветы перенести в масштабе на свой лист миллиметровой бумаги.

2. Включить установку. Установить напряжение, заданное преподавателем, и найти зондом на дне кюветы такие точки, в которых стрелка гальванометра G становится на “0”. Таких точек, соответствующих одному и тому же потенциалу j₁, нужно найти не менее 9.

3. Полученные точки нанести на бумагу и через них провести плавную эквипотенциальную линию, соответствующую потенциалу j₁.

4. Изменить напряжение и снова найти совокупность точек равного потенциала j₂.Провести эквипотенциальную линию.

5. Для данной конфигурации электродов получить не менее пяти эквипотенциальных линий j₁,j₂,j₃,j₄,j₅.

6. для поля, созданного рассматриваемым расположением электродов, построить семейство силовых линий.

7. По указанию преподавателя сменить электроды или изменить их взаимное расположение. Повторить пункты 2-6.

8. Рассчитать напряженность электростатического поля E_max и E_min пользуясь соотношением: ,

где Δd - расстояние между соседними линиями.

(Нужно измерить Dj там, где соседние эквипотенциальные линии наиболее близко и наиболее далеко отстоят друг от друга.)

4.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Закон Кулона. Единицы измерения заряда.

2. Что такое электрическое поле? Что называется напряженностью электрического поля?

3. Как определяется напряженность поля точечного заряда?

4. В чем заключается принцип суперпозиции электрических полей?

5. Какая величина является энергетической характеристикой электрического поля? Единицы ее измерения?

6. Чему равна работа по перемещению заряда в электрическом поле по замкнутому контуру?

7. Какие поля называются потенциальными? Привести примеры.

8. Какова связь между напряженностью и потенциалом электрического поля?

9. Доказать, что силовые линии перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.

10. Теорема Остроградского-Гаусса.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

Цель работы: знакомство с элементами земного магнетизма, определение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля.

Приборы и принадлежности: тангенс гальванометр, миллиамперметр, источник тока, ключ.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Для выполнения данной лабораторной работы следует знать основные элементы земного магнетизма.

Земля-зто большой шаровой магнит. Силовые линии магнитного поля входят в Землю около северного географического полюса (С) и выходят из Земли около южного географического полюса (Ю) (рис.1).

Убедиться в существовании магнитного поля в любой точке Земли можно с помощью магнитной стрелки. Если подвесить магнитную стрелку на нити L так, чтобы точка подвеса совпадала с центром тяжести стрелки, то последняя установится по направлению касательной к силовой линии магнитного поля.

В северном полушарии южный (S) конец стрелки будет наклонен к Земле под некоторым углом θ к горизонту (угол наклонения). Вертикальная плоскость, в которой расположится стрелка, называется плоскостью магнитного меридиана. Все плоскости магнитных меридианов пересекаются по прямой NS (рис.1). Так как магнитные полюса не совпадают с географическими, то стрелка будет отклонена от географического меридиана. Угол a, образованный плоскостями магнитного и географического меридианов, называется магнитным отклонением (рис.2). Будучи свободно подвешена на вертикальной оси, магнитная стрелка устанавливается под действием в плоскости магнитного меридиана. Если вектор полной напряженности магнитного поля Земли разложить на составляющие-- горизонтальную и вертикальную , то, зная углы θ, α, и вектор , можно определить величину и направление полной напряженности магнитного поля Земли в данной точке (рис.3)

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

В данной работе горизонтальная составляющая магнитного поля Земли определяется с помощью установки, которая состоит из замкнутого проводника из n витков, прилегающих плотно друг к другу, имеющего форму круговой или квадратной рамки. В центре рамки укреплен компас, стрелка которого может свободно вращаться вокруг вертикальной оси. Если по проводнику рамки пропустить ток I, возникает магнитное поле тока с напряженностью , направленное по закону Био-Савара перпендикулярно к плоскости рамки. Если рамку поставить в плоскости магнитного меридиана, то магнитная стрелка компаса оказывается под действием двух взаимноперпендикулярных магнитных полей: тока рамки и Земли. На рис.4 изображено сечение катушки горизонтальной плоскостью, где - горизонтальная составляющая магнитного поля Земли;

- напряженность поля тока в рамке. Стрелка установится по направлению равнодействующей .

Из рис.4 видно, что (1).

Таким образом, формула (1) позволяет вычислять неизвестную горизонтальную составляющую магнитного поля Земли.

Напряженность тока рамки легко может быть рассчитана на основании закона Био-Савара.

Закон Био-Савара в векторной форме имеет вид: (2), а в скалярной форме (3),

где dB- вектор индукции магнитного поля, создаваемого током I, текущим в элементе проводника dl в точке, находящейся на расстоянии r от элемента dl; a - угол между векторами dl и r (рис.5).

Рассчитаем напряженность магнитного поля в центре круговой рамки радиуса R.

Для этого необходимо проинтегрировать формулу (3). Учитывая, что r = R , sinα=1, I = constant,

получим: (4).

Так как (5), то напряженность магнитного поля в центре круговой рамки (6).

Результирующее значение индукции поля в центре квадрата равно сумме одинаковых значений индукции от каждой стороны квадрата: В =4В₁ (7).

Применив закон Био-Савара для расчета напряженности поля тока, текущего по квадратной рамке, получим:

; ; (10).

Нужно учесть, что круговая и квадратная рамки содержат по n витков, поэтому формулы (6) и (10) перепишутся соответственно:

; (11).

Согласно соотношению (1), горизонтальная составляющая магнитного поля Земли определяется с помощью круговой рамки по формуле

(12), а с помощью квадратной - по формуле (13).

Уравнение (12) или (13) представляет собой рабочую формулу для расчета H₀.

Поиск по сайту: