Лабораторна робота 230
ВИЗНАЧЕННЯ ГОРИЗОНТАЛЬНІЙ СКЛАДОВОЇ НАПРУЖЕНОСТІ магнітного поля Землі
I. Елементи земного магнетизму. Земля являє собою величезний кульовий магніт. У будь-якій точці простору, що оточує Землю, і на її поверхні виявляється дію магнітних сил, тобто створюється магнітне поле, яке подібно полю магнітного диполя "ав" вміщеного в центрі Землі (ріс.I). Магнітні полюси Землі лежать поблизу географічних полюсів:
поблизу північного географічного полюса З розташований південний магнітний S, а поблизу південного географічного Ю "північний магнітний N. Магнітне поле Землі на магнітному екваторі направлено горизонтально (точка В), а у магнітних полюсів - вертикально (точка А). В інших точках земної по- поверхні магнітне поле Землі виправлено під деяким кутом до поверхні (точка к). Переконатися в існуванні магнітного поля Землі можна за допомогою магнітної стрілки. Якщо підвісити стрілку на нитки так,
щоб точка підвісу співпадала з центром ваги, то вона встановиться по напрямку дотичної до силової лінії магнітного поля Землі.
Ознайомитися з основами теорії Максвелла. властивостями електромагнітних хвиль і механізмом розповсюдження електромагнітних хвиль в двухпроводной лінії
Взаємодія двох паралельних провідників зі струмом. Закони Біо - Савара - Лапласа і Ампера застосовуються для визначення сили взаємодії двох паралельних провідників зі струмом.
Магнітні моменти атомів. Для повного опису атома необхідні знання квантової механіки, яку ми будемо вивчати пізніше. Однак магнітні властивості речовини добре пояснюються за допомогою простої і наочної планетарної моделі атома, запропонованої Е. Резерфордом.
Намагніченість речовини. Раніше ми припускали, що дроти, що несуть струм і створюють магнітне поле, знаходяться в вакуумі. Якщо ж дроти знаходяться в якому-небудь середовищі, то величина створюваного ними магнітного поля зміниться.
Види магнетиков. Проведемо досвід з сильним магнітним полем, створюваним, наприклад, соленоидом. Соленоїд (циліндр з намотаним на нього проводом, по якій тече струм) може створити всередині себе магнітне поле в 100000 разів більше магнітного поля Землі. Будемо поміщати в таке магнітне поле різні речовини і спостерігати, як діє на них сила магнітного поля. Якісні результати подібних дослідів виходять досить різноманітними.
Доменна структура феромагнетиків. Класична теорія феромагнетизму була розвинена французьким фізиком П.Вейсом (1907 г.). Відповідно до цієї теорії, весь обсяг феромагнітного зразка, що знаходиться при температурі нижче точки Кюрі, розбитий на невеликі області - домени, - які мимовільно намагнічені до насичення.
Теорія Максвелла для електромагнітного поля. У 60-х роках XIX століття Д.К. Максвелл, ознайомившись з роботами Фарадея, вирішив надати теорії електрики і магнетизму математичну форму. Узагальнивши закони, встановлені експериментальним шляхом - закон повного струму, закон електромагнітної індукції і теорему Остроградського-Гаусса, - Максвелл дав повну картину електромагнітного поля
Друге рівняння Максвелла. Максвелл ввів поняття повного струму. Щільність повного струму
Вертикальна площина, в якій розташовується стрілка, називається площиною магнітного меридіана. Всі площини магнітних меридіанів перетинаються по прямій NS, а сліди магнітних меридіанів на поверхні Землі сходяться в магнітних полюсах N і S. Кут, утворений площинами магнітного і географічного меридіанів називається кутом схилення (на рис.1 - кут # 946;). Кут, утворений напрямом магнітного поля Землі і горизонтальною площиною, називається кутом нахилу (на рис.2 - кут # 945;).
Вектор напруженості магнітного поля Землі можна розкласти на дві складові: горизонтальну і вертикальну. На рис.2 показано положення магнітної стрілки NS підвішеною на нитки L в магнітному полі Землі. Напрямок північного кінця N стрілки збігається з напрямком напруженості магнітного поля Землі. Площину креслення збігається з площиною магнітного меридіана. Знання кутів відміни і на-
відхилень, а також горизонтальної складової дає можливість визначити величину і напрямок на-напруженості магнітного поля Землі в певній точці поверхні. Горизонтальна складова,
кут відміни # 946; і кут нахилу # 945; є основними елементами земного магнетизму. З плином часу все елемента земного маг-нетізма, а також положення магнітних полюсів змінюються. Походження земного магнетизму в даний час до кінця не з'ясовано. За останніми гіпотезам магнітне поле Землі пов'язане з струмами, циркулюючими по поверхні ядра Землі, а також з намагніченістю гірських порід.
2. Метод тангенс-гальванометра. Якщо магнітна стрілка може обертатися лише навколо вертикальної осі, то вона буде встановлюватися під дією горизонтальної складової магнітного поля Землі
в площині магнітного меридіана. Це властивість магнітної стрілки ис-користується в тангенс-гальванометра. Розглянемо кругової провідник з N витків, які щільно прилягають один до одного, які розташовані вертикально в площині магнітного меридіана. У центрі провідника помістимо магнітну стрілку, здатну повертатися навколо вертикальної осі. Якщо по котушці пропустити струм I. то виникає магнітне поле з напруженістю. пер-пендікулярной до площини витків котушки (ріс.З). На магнітну стрілку N1 S1, в цьому випадку будуть діяти два взаємно перпендикулярних магнітних поля: горизонтальна складова магнітного поля Землі і магнітне поле струму. На рис.3 зображено перетину витка котушки (А і В) горизонтальною площиною. У перетині А струм направлений "через" площині креслення перпендикулярно до неї. У поєднуй У ток спрямований за площину креслення перпендикулярно до неї. Пунктирні криві висловлюють силові лінії магнітного поля струму. Стрілкою NS показано напрямок магнітного меридіана.
Магнітна стрілка N1 S1 встановлюється у напрямку рівнодіючої, тобто по діагоналі паралелограма, сторонами якого є вектор напруженості магнітного поля кругового струму в центрі витка і горизонтальна складова магнітного поля землі.
З іншого боку, напруженість магнітного поля в центрі котушки з N витків в системі СІ дорівнює