Определение магнитного поля земли, электрической постоянной и скорости электромагнитных волн в вакууме

Страницы работы

Содержание работы

ГУАП

Кафедра ~

Рейтинг за работу:

Преподаватель:

ОТЧЁТ

по лабораторной работе

по курсу общей физики.

Определение горизонтальной составляющей

магнитного поля земли, электрической постоянной системы СИ

и скорости электромагнитных волн в вакууме.

Работу выполнил                                                                     Мещерский А. Н.

студент группы 5001

Санкт- Петербург

2000 год.

1.Цель работы: Определение горизонтальной составляющей напряжённости магнитного поля Земли при помощи тангенс-гальванометра, элетрической постоянной СИ и скорости электромагнитных волн в вакууме. 

2.Краткое описание лабораторной установки. Электрическая схема установки для определения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли приведена на рис. 2. В качестве источника питания используется выпрямитель В. Неоюходимая величина силы тока устанавливается с помощью реостата R и контролируется миллиамперметром mA. Тангенс-гальванометр состоит из деревянного круга, на внешней стороне которого намотана катушка, содержащая N витков. В центре круга горизонтально расположена магнитная стрелка M., которая может вращаться вокруг оси ОО'. Угол отклонения магнитной стрелки a определяется при помощи круговой шкалы, разделённой на градусы.

Для определения магнитной составляющей системы СИ собирают схему, представленную на рис. 3. В качестве переключателя используется реле, обмотка которого включена в сеть. Поэтому число переключений в секунду равно частоте переменного напряжения в сети      (g=50 Гц)

3.Рабочие форулы:

Сила F1 с которой магнитное поле Земли действует на северный полюс стрелки, направлена горизонтально и лежит в плоскости магнитного меридиана:

                                                            F1=qmHГ,                                              (1)

где qm- фиктивный заряд северного конца магнитной стрелки, HГ- горизонтальная составляющая напряжённости магнитного поля Зеимли.

Сила F2, с которой магнитное поле катушки действует на каждый полюс стрелки, равна:

                                                            F2=qmH,                                               (2)

где  Н- напряжённость магнитного поля потока.

В центре круговой катушки напряжённость магнитного поля равна:

                                                            Н=IN ,                                                  (3)

                                                                 2R

где I- сила тока в каждом витке; R- радиус витка; N- число витков.

Тангенс угла, a, на который отклонится стрелка, после включения тока равен:

                                                            tg a=IN                                        (4)

                                                            2RHГ

Горизонтальная составляющая магнитного поля Земли:

                                                            HГ=IN                                         (5)

                                                          2R tg a

Известно, что электроёмкость конденсатора C пропорциональна диэлектрической проницаемости вещества e. Поэтому можно написать:

                                                            C= ke0e,                                       (6)

где e0- электрическая постоянная системы СИ; e- диэлектрическая проницаемость (для воздуха e»1); k- коэффициент пропорциональности, величина которого зависит от формы и размеров обкладок конденсатора и расстояния между ними.

В положении переключателя “а” конденсатор заряжается до напряжения U, при этом на пластинах конденсатора скапливается заряд:

                                                             q= CU= ke0eU                                    (7)

В положении переключателя  “b”, конденсатор разряжается через тангенс- гальванометр. Если g- число переключений в секунду, то сила тока, протекающего через тангенс- гальванометр равна:

                                                            I= gq= kge0eU.                                    (8)

Расположив витка тангенс- гальванометра параллельно плоскости магнитного меридиана и измерив угол поворота магнитной стрелки a1, из формулы (4) определим силу тока:

                                                            I= 2RHГ tg a1                                 (9)

                                                                       N

На основании формул (8) и (9) определяется электрическая постоянная системы СИ:

                                                    e0=2RHГ tg a1                                     (10)

                                                                     NgU

Найдём электродинамическую постоянную С=    1                                  (11)

                                                                                Öe0m0

где  m0= 4p×10-7 г/м- магнитная постоянная системы СИ, в электродинамике определяемая как магнитная проницаемость вакуума.

4.Результаты измерений и вычислений:

Горизонтальная составляющая напряжённости магнитного поля Земли:

НГ=5,36 А/м

Электрическая постоянная системы СИ

e0=3,9*10-12  Ф/м

Скорость распростанения электромагнитных волн в вакууме (электродинамическая постоянная):

с=4,5*10+08 

5.Примеры вычислений:

aСР=(36+40+30+50+49+47)/6= 42

IСР=(0,055+0,057+0,049)/3= 0,054

НГ=(0,054*36)/(2*0,2*0,90)= 5,36 А/м

e0=(2*0,2*5,36*0,087*4,5*10-07)/(36*50*12)= 3,9*10-12 

с=1/(3,9*10-12*12,56*10+08)0,5= 4,5*10+08

Таблица 1

Данные, плученные при измерениях

I,A

a1

a2

aсредн

0,055

36

50

0,057

40

49

42

0,049

30

47

a'

a'cp

 

8

5

 

2

 

Таблица 2

 

Исходые данные

 

R

0,2

 

N

36

 

g

50

 

U

12

 

k

4,5*10-07

 

m0

12,56*10+08

 

Таблица 3

Результаты вычислений

НГ

5,36 А/м

e0

3,9*10-12  Ф/м

С

4,5*10+08 м/с

Вывод: в результате проведённой лабораторной работы я ознакомился с принципами рабооты с тангенс-гальванометром. Были проведены соответствующие измерения и вычисления, в результате которых были вычислены: горизонтальная составляющая напряжённости магнитного поля земли, электрическая постоянная системы СИ, а также электродинамическая постоянная системы СИ, численно равная скорости распространения электромагнитных волн в вакууме.

Похожие материалы

Информация о работе

Предмет:
Физика
Тип:
Отчеты по лабораторным работам
Размер файла:
49 Kb
Скачали:
26