Laboratorium Podstaw Fizyki

Nr ćwiczenia: 64

Temat: Wyznaczanie składowej poziomej natężenia ziemskiego pola magnetycznego.

Nazwisko i imię prowadzącego kurs: Dr inż. Marcin Syperek

Wykonawca:
Imię i nazwisko, nr indeksu:	Kleszczyńska Martyna, 217763
Termin zajęć:	Poniedziałek g. 9.15
Numer grupy ćwiczeniowej:	C00-08ar
Data oddania sprawozdania:	27.04.2015r
Ocena końcowa:

Zatwierdzam wyniki pomiarów.

Data i podpis prowadzącego zajęcia: ……………………………………………………………………………………

Adnotacje dotyczące wymaganych poprawek oraz daty otrzymania poprawionego sprawozdania:

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie składowej poziomej natężenia ziemskiego pola magnetycznego.

1. Wstęp:

            W przestrzeni otaczającej przewodnik, przez który płynie prąd elektryczny, istnieje pole magnetyczne. Natężenie i kierunek pola magnetycznego, powstałego na skutek przepływu prądu elektrycznego, zależy od długości i kształtu przewodnika oraz od natężenia prądu. Korzystając ze wzoru:

$$H_{Z} = \frac{n}{2ar}$$

możemy obliczyć natężenie pola magnetycznego na zewnątrz przewodu w odległości a od osi przewodu prostoliniowego, nieskończenie długiego. Obecność pola magnetycznego można wykazać za pomocą swobodnie zawieszonej igły magnetycznej, która ustawia się równolegle do kierunku pola. Znając natężenie pola magnetycznego H wytworzonego przez uzwojenie i kąt α, jaki tworzy igła z kierunkiem prostopadłym do tego pola (kąt π/2–α z kierunkiem pola), można wyznaczyć wartość natężenia drugiego składowego pola, z zależności: H = H_Z tgα. Przyrządem, który umożliwia porównanie natężenia tych dwóch pól magnetycznych jest busola stycznych albo busola tangensów (nazwa jej pochodzi od nazwy funkcji, która wyznacza stosunek H/H_z).

            Pole magnetyczne ziemskie jest ukośne w stosunku do (poziomej) powierzchni Ziemi. Kąt, jaki tworzy jego kierunek z płaszczyzną poziomą, nie jest więc prosty, wartość tego kąta nazywamy inklinacją magnetyczną w danym punkcie powierzchni kuli ziemskiej.

1. Wyniki pomiarów:

ϕ [◦]	IC [mA]	tg ϕ	ϕ [◦]	IC [mA]	tg ϕ
5	0,39	0,087	45	6,14	1,000
10	0,52	0,176	50	8,13	1,192
15	0,90	0,268	55	9,45	1,428
20	1,29	0,364	60	9,73	1,732
25	1,68	0,466	65	15,69	2,145
30	2,16	0,577	70	19,36	2,747
35	2,75	0,700	75	24,83	3,732
40	5,30	0,839	-	-	-

$$tg\varphi = \frac{n}{2H_{Z}r} \bullet I_{C}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ y = ax\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ y = tg\varphi\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ a = \frac{n}{2H_{Z}r}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ x = I_{C}$$

$$a = 0,1379 \bullet 10^{3} = 137,9\ \ \ \ \text{\ \ }\text{\ \ \ \ \ u}\left( a \right) = 4,307715\ \ \ \ \ \text{\ \ \ \ }n = 400\ zwojow\ \ \ \ \ \ \ \ \ r = 0,143m\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }\text{\ \ }H_{Z} = \frac{n}{2ar}$$

$$H_{Z} = \frac{400}{0,143 \bullet 137,9} = 20,28\ \frac{A}{m}$$

$$u\left( H_{Z} \right) = \sqrt{\left( - \frac{1}{a} \right)^{2}{\ u(a)}^{2}}\text{\ \ \ }\text{\ \ \ \ \ \ u}\left( H_{Z} \right) = \sqrt{\left( \frac{1}{137,9} \right)^{2} \bullet \left( 4,31 \right)^{2}} = 0,03\ \frac{A}{m}$$

• Po zamianie kierunku prądu płynącego przez busolę:

ϕ [◦]	IC [mA]	tg ϕ	ϕ [◦]	IC [mA]	tg ϕ
5	0,87	0,087	45	6,32	1,000
10	0,40	0,176	50	7,58	1,192
15	0,85	0,268	55	8,89	1,428
20	1,82	0,364	60	11,75	1,732
25	2,73	0,466	65	14,66	2,145
30	2,70	0,577	70	18,67	2,747
35	3,75	0,700	75	24,84	3,732
40	5,01	0,839	-	-	-

$$a = 0,1437 \bullet 10^{3} = 143,7\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ u}\left( a \right) = 2,264326\text{\ \ \ }\ \ \ \ \ \ \ n = 400\ zwojow\text{\ \ }\text{\ \ \ }\text{\ \ }\ 2r = 0,143\ m\text{\ \ \ \ \ \ \ }\ \text{\ \ }H_{Z} = \frac{n}{2ar}$$

$$H_{Z} = \frac{400}{143,7 \bullet 0,143} = 19,47\ \frac{A}{m}\text{\ \ \ \ \ \ \ \ }\text{\ \ \ \ \ \ \ \ u}\left( H_{Z} \right) = \sqrt{\left( \frac{1}{143,7} \right)^{2} \bullet {(2,264)}^{2}} = 0,02\ \frac{A}{m}$$

1. Wnioski:

• $H_{Z} = \left( 20,28\ \pm 0,03 \right)\frac{A}{m}$

• $H_{Z} = \left( 19,47\ \pm 0,02 \right)\frac{A}{m}$