skanowanie0056

124 Elektromagnetyzm

31. Wyznaczanie składowej poziomej natężenia

ziemskiego pola magnetycznego za pomocą busoli stycznych

Wprowadzenie

Na powierzchni Ziemi istnieje pole magnetyczne, którego rozkład jest określony w głównej mierze położeniem biegunów magnetycznych. Północny biegun magnetyczny leży na północ od Kanady, w przybliżeniu na szerokości 71⁰ i długości zachodniej 96°, a biegun południowy znajduje się na Antarktydzie, na szerokości 12° i długości wschodniej 155°. Jak widać, bieguny magnetyczne różnią się wyraźnie położeniem od biegunów geograficznych. Linie pola magnetycznego nie są równoległe do południków geograficznych, Nie są one także równoległe do powierzchni Ziemi.

Do opisu pola magnetycznego Ziemi są potrzebne trzy zasadnicze jego elementy: deklinacja, inklinacja oraz wartość składowej poziomej natężenia pola ziemskiego.

Deklinacją nazywamy kąt między składową poziomą indukcji magnetycznej poła ziemskiego a kierunkiem południka geograficznego w danym punkcie.

Inklinacją nazywamy kąt, jaki tworzy z poziomem zawieszona swobodnie w środku masy igła magnetyczna.

Igłą magnetyczną może być każde ciało ferromagnetyczne zawieszone lub podparte na osi pionowej. Zwykle igła magnetyczna ma kształt podłużnej blaszki z ostrymi końcami.

Namagnesowana igła ma makroskopowy moment magnetyczny, który oznaczymy przez p. Jeżeli znajdzie się ona w zewnętrznym polu magnetycznym o indukcji B, to działa na nią moment siły M określony równaniem wektorowym:

M=fixB.    (31.1)

Moment ten powoduje obrót igły do położenia, w którym jest ona równoległa do wektora indukcji magnetycznej. Tak więc w położeniu równowagi kierunek igły magnetycznej pokrywa się z kierunkiem pola magnetycznego.

Zasada pomiaru

Przyrządem umożliwiającym wyznaczenie składowej poziomej natężenia pola magnetycznego Ziemi jest busola stycznych. Składa się ona z szereguJ/Tkolistych, w płaszczyźnie pionowej, zwojów drutu o promieniu r, przez które płynie prąd o natężeniu /, oraz umieszczonej w środku igły magnetycznej mogącej swobodnie poruszać się tylko w płaszczyźnie poziomej. Na igłę działa więc tylko składowa pozioma pola ziemskiego H_;. Busolę ustawiamy tak, aby kierunek igły magnetycznej leżał w płaszczyźnie zwojów, gdy przez busolę nie płynie prąd.

✓

różnych natężeniach prądu oraz znać liczbę i promień zwojów. Obwód elektryczny

Jeżeli teraz przez uzwojenie popłynie prąd o natężeniu /, wytworzy on w środku busoli pole magnetyczne o natężeniu

H_b

ni

2/•'

(31.2)

prostopadle do płaszczyzny uzwojeń. Igła ustawi się w kierunku wypadkowego pola magnetycznego - odchyla się o kąt <p od położenia pierwotnego. Z rysunku 31.1 widzimy, że

(31.3)

Z ostatniego równania możemy wyliczyć H_:\

rr

H, =—ctgę? .

2r

(31.4)

W celu wyznaczenia składowej poziomej natężenia pola .magnetycznego Ziemi na podstawie równania (31.4) należy zmierzyć kąty wychylenia igły przy

Rys. 31.1. Oddziaływanie pola ziemskiego i pola uzwojenia z igłą magnetyczną busoli stycznych

£

Rys. 31.2. Schemat zasilania busoli stycznych

przedstawiony na rys. 31.2 pozwala na dobór wartości prądu za pomocą opornika regulowanego R, a także na zmianę kierunku prądu za fJOmocą przełącznika P. Elementy układu, oprócz busoli, mogą być we wspólnej obudowie. Niektóre uzwojenia busoli mają odczepy zakończone gniazdkami. Dołączając obwód zasilający do różnych odczepów, możemy zmieniać liczbę zwojów wytwarzających pole magnetyczne H_h.

Przebieg ćwiczenia

1.    Połączyć układ według schematu przedstawionego na rys. 31.2.

2.    Przy zerowym prądzie ustawić busolę tak, aby igła magnetyczna leżała w