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

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=q_mH_Г,                                              (1)

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

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

                                                            F₂=q_mH,                                               (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)

                                                            2RH_Г

Горизонтальная составляющая магнитного поля Земли:

                                                            H_Г=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= 2RH_Г tg a₁                                 (9)

                                                                       N

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

                                                    e₀=2RH_Г 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:

Н_Г=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:

a_СР=(36+40+30+50+49+47)/6= 42

I_СР=(0,055+0,057+0,049)/3= 0,054

Н_Г=(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.