Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли
ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
КАФЕДРА ТЕОРЕТИЧЕСКАЙ И ОБЩЕЙ ФИЗИКИ
Курсовая работа по физике.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ.
Выполнил студент группы фпо–3
Казанцев Н.Н.
Руководитель доцент кафедры ТОФ
Грызов Ю.В.
ЛИПЕЦК
2000.
1. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ.
Магнитное поле
Экспериментально установлено что проводники, по которым текут токи в
одинаковом направлении притягиваются, а в противоположных – отталкиваются.
Для описания взаимодействия проводов, по которым текут токи, было
использовано магнитное поле – особой формы материя, порождаемая
электрическими токами или переменным электрическим током и проявляющаяся по
действию на электрические токи находящиеся в этом поле. Открыл магнитное
поле в 1820 г. датский физик Х.К. Эрстед. Магнитное поле описывает
магнитные взаимодействия, возникающие: а) между двумя токами; б) между
током и движущимися зарядами; в) между двумя движущимися зарядами.
Магнитное поле имеет направленный характер и должно характеризоваться
векторной величиной.. Основную силовую характеристику магнитного поля
назвали магнитной индукцией Эту величину принято обозначать буквой В.
[pic]
[pic]
Пронаблюдаем магнитное действие тока еще раз. В штативе закрепим провод,
концы которого можно подключать к источнику тока. Рядом с проводом
разместим магнитную стрелку от компаса, надетую на иглу. Пока ток не
включен, разместим приборы так, чтобы стрелка указывала на провод. При
подключении концов провода к источнику постоянного тока стрелка
"отвернется" от провода. Возьмем несколько магнитных стрелок и расставим их
вокруг провода. Мы обнаружим, что при включении тока стрелки развернутся
определенным образом.
Если магнитные стрелки отклоняются от первоначального направления,
значит, в этих точках пространства действуют какие-то силы. Другими
словами, в пространстве вокруг провода с током существует силовое поле.
Поскольку мы рассматривали именно магнитное действие тока, то скажем, что в
пространстве вокруг проводника с током существует магнитное поле.
[pic]
Метод силовых линий, можно применить как для описания электрических полей,
так и для описания полей магнитных. Договоримся называть силовыми линиями
магнитного поля такие воображаемые линии, вдоль которых располагаются
магнитные стрелки, помещенные в это поле. Например, на рисунке "г" вы
видите, что магнитные стрелки, помещенные на одинаковом расстоянии от
прямого проводника с током, расположились в виде окружности. Можно
предположить, что и на другом расстоянии от проводника силовые линии
магнитного поля тоже будут являться окружностями.
Проверим это на опыте.
Продолжим опыты с магнитным полем прямого проводника. Пропустим его через
отверстие в листе картона и закрепим в штативе. Пустим по проводу ток силой
5-10 А. Сверху на картон будем аккуратно сыпать мелкие железные опилки. Мы
увидим, что они расположатся в виде окружностей, "опоясывающих" проводник.
Следовательно, наше предположение подтвердилось: силовые линии магнитного
поля прямого проводника с током являются концентрическими окружностями,
опоясывающими проводник.
Такие линии образуются потому, что опилки намагничиваются и ведут себя
подобно маленьким магнитным стрелочкам. Притягиваясь разноименными концами,
они разворачиваются, образуя "цепочки" в виде кольцеобразных линий.
[pic]
Силовым линиям магнитного поля принято приписывать определенное направление
– в сторону, куда указывает северный конец магнитной стрелки. Например, на
рисунке "г" расположение северных концов указывает нам, что силовые линии
направлены против хода часовой стрелки. Если же изменить полярность
подключения источника тока, то стрелки развернутся на 180°, и силовые линии
поля будут направлены по ходу часовой стрелки (рисунок внизу). Другими
словами, направление силовых линий магнитного поля проводника зависит от
направления тока в этом проводнике.
[pic]
Так сложилось исторически, что току в проводнике приписывают направление:
от "+" клеммы источника тока к его "–" клемме. Например, на рисунке "г" ток
идет сквозь плоскость листа книги к нам, что условно обозначено точкой
внутри окружности, символизирующей разрез проводника. На этом же рисунке
ток идет в обратном направлении: сквозь лист вниз (это обозначено
крестиком). Поэтому направление стрелок изменилось.
1.2Линии индукции магнитного поля.
Магнитные поля, так же как и электрические, можно изображать графически
при помощи линий магнитной индукции. Линиями индукции (или линиями вектора
В) называют линии, касательные к которым направлены так же, как и вектор В
в данной точке поля. Очевидно, что через каждую точку магнитного поля можно
провести линию индукции. Так как индукция поля в любой точке имеет
определённое направление, то и направление линии индукции в каждой точке
данного поля может быть только единственным, а значит, линии магнитного
поля, так же как и электрического поля, линии индукции магнитного поля
прочерчивают с такой густотой, чтобы число линий, пересекающих единицу
поверхности, перпендикулярной к ним, было равно (или пропорционально)
индукции магнитного поля в данном месте. Поэтому, изображая линии индукции,
можно наглядно представить, как меняется в пространстве индукция, а
следовательно, и напряжённость магнитного поля по модулю и направлению.
1.3. Вихревой характер магнитного поля.
Линии магнитной индукции непрерывны: они не имеют ни начала, ни конца.
Это имеет место для любого магнитного поля, вызванного какими угодно
контурами с током. Векторные поля, обладающие непрерывными линиями,
получили название вихревых полей. Мы видим, что магнитное поле есть
вихревое поле. В этом заключается существенное отличие магнитного поля от
электростатического.
1.4. Магнитное поле токов.
Рассмотрим линии индукции поля прямого тока. Напряжённость Н (а
следовательно, и В) всегда перпендикулярна к плоскости, содержащей
проводник и рассматриваемую точку поля. Поэтому линии индукции в данном
случаи суть концентрические окружности, центр которых расположен на оси
тока.
Представление о виде линии индукции можно получить на опыте. Для этого
пользуются тем обстоятельством, что подвижная магнитная стрелка всегда
устанавливается своей осью в направлении линий магнитного поля, т.е. линий
индукции.
Ещё удобнее пользоваться железными опилками. Крупинки железа в магнитном
поле намагничиваются и становятся подобными магнитным стрелкам. При
практическом осуществлении этих опытов исследуемый провод с током
пропускают сквозь горизонтальную стеклянную пластину (или листок картона),
на которую насыпают небольшое количество железных опилок. При лёгком
встряхивании пластинки (постукивании) частицы опилок образуют цепочки,
форма которых близко соответствует линиям исследуемого магнитного поля.
Магнитное поле кругового тока представляет из себя замкнутые непрерывные
линии следующего вида:
[pic]
Для магнитного поля, как и для электрического поля, справедлив
принцип суперпозиции:
поле В, порождаемое несколькими движущимися зарядами (токами), равно
векторной сумме полей BI, порождаемых каждым зарядом (током) в
отдельности:
[pic],
т.е., чтобы найти силу, действующую на точку в пространстве, нужно сложить
силы, действующие на неё, как показано на рисунке.
Магнитное поле кругового тока представляет собой некую восьмёрку с
разделением колец в центре кольца, по которому течёт ток. Его схема
показана на рисунке ниже:
5. Сравнение электрического и магнитного полей.
II. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ.
Земля в целом представляет собой огромный шаровой магнит. Человечество
начало использовать магнитное поле Земли давно. Уже в начале XII—XIII вв.
получает широкое распространение в мореходстве компас. Однако в те времена
считалось, что стрелку компаса ориентирует Полярная звезда и её магнетизм.
Предположение о существовании магнитного поля Земли впервые высказал в 1600
г. английский естествоиспытатель Гильберт.
[pic]
В любой точке пространства, окружающего Землю, и на её поверхности
обнаруживается действие магнитных сил. Иными словами, в пространстве,
окружающем Землю, создаётся магнитное поле, силовые линии которого
изображены на рис.1.
Магнитные и географические полюса Земли не совпадают друг с другом.
Северный магнитный полюс N лежит в южном полушарии, вблизи берегов
Антарктиды, а южный магнитный полюс S находится в Северном полушарии,
вблизи северного берега острова Виктория (Канада). Оба полюса непрерывно
перемещаются (дрейфуют) на земной поверхности со скоростью около 5 за год
из-за переменности порождающих магнитное поле процессов. Кроме того, ось
магнитного поля не проходит через центр Земли, а отстаёт от него на 430 км.
Магнитное поле Земли не симметрично. Благодаря тому, что ось магнитного
поля проходит всего под углом в 11,5 градусов к оси вращения планеты, мы
можем пользоваться компасом.
Основная часть магнитного поля Земли, по современным воззрениям, имеет
внутриземное происхождение. Магнитное поле Земли создаётся её ядром.
Внешнее ядро Земли жидкое и металлическое. Металл – проводящее ток
вещество, и если бы существовали в жидком ядре постоянные течения, то
соответствующий электрический ток создавал бы магнитное поле. Благодаря
вращению Земли, такие течения в ядре существуют, т.к. Земля в некотором
приближении является магнитным диполем, т.е. своеобразным магнитом с двумя
полюсами: южным и северным.
Незначительная часть магнитного поля (около 1%) имеет внеземное
происхождение. Возникновение этой части приписывают электрическим токам,
текущим в проводящих слоях ионосферы и поверхности Земли. Эта часть
магнитного поля Земли подвержена слабому изменению со временем, которое
Страницы: 1, 2
