Rok akademicki 1996/97	Laboratorium z fizyki
Nr ćwiczenia: 27	Pomiar natężenia pola magnetycznego Ziemi
ZiMwBiEM M06	Bartłomiej Kobierowski
Data wykonania	Ocena		Data zaliczenia	Podpis
	T
	S

1. Zasada pomiaru

Igłę kompasu ustawiamy w środku przewodnika kołowego, którego płaszczyznę ustawiamy zgodnie z kierunkiem wskazywanym przez igłę magnetyczną (czyli ustawiamy go w płaszczyźnie południka magnetycznego). Jeżeli przez przewodnik przepuścimy prąd, to na igłę kompasu, oprócz składowej poziomej H_z pola magnetycznego Ziemi, będzie jeszcze działało pole magnetyczne przewodnika (wektor H natężenia pola magnetycznego przewodnika kołowego jest prostopadły do płaszczyzny tego przewodnika), wskutek tego igła magnetyczna ustawi się w kierunku zgodnym z kierunkiem wypadkowej obu pól magnetycznych. Natężenie pola magnetycznego zwojnicy, składającej się z n ciasno nawiniętych zwoi, możemy obliczyć ze wzoru:

przy czym: I - natężenie prądu w przewodniku; r - promień koła; n - ilość zwoi

Znając natężenie h pola magnetycznego i kąt α, o jaki igła wychyli się z płaszczyzny przewodnika, możemy obliczyć składową poziomą H_z pola magnetycznego Ziemi.

2. Schemat układu pomiarowego

3. Ocena dokładności pojedynczych pomiarów

Błąd pomiaru promienia Δr = 0.005 [m]

Błąd odczytu kąta α Δα = 1⁰ = 0.01745 [rad]

Błąd odczytu amperomierza ΔI = 3.75*10^-3 (K=0.5, Z=0.75A)

4. Tabele pomiarowe

A [I]	αl	αp	αśr	tgα	n	r [m]	Hz A/m	Hz - Hz A/m
0.2	30	30	30.0	0.58	10	0.16	10.78	1.49
0.3	35	40	37.5	0.77	10	0.16	12.18	0.09
0.4	45	50	47.5	1.09	10	0.16	11.47	0.80
0.5	50	55	52.5	1.30	10	0.16	12.02	0.25
0.2	43	47	45.0	1.00	20	0.16	12.50	-0.23
0.3	53	57	55.0	1.43	20	0.16	13.11	-0.84
0.4	63	65	64.0	2.05	20	0.16	12.20	0.07
0.5	66	70	68.0	2.48	20	0.16	12.60	-0.33
0.2	50	54	52.0	1.28	25	0.16	12.21	0.06
0.3	60	64	62.0	1.88	25	0.16	12.47	-0.20
0.4	65	70	67.5	2.41	25	0.16	13.00	-0.78
0.5	70	74	72.0	3.08	25	0.16	12.68	-0.41
x							12.27	5.54

5. Przykładowe obliczenia wyników pomiarów wielkości złożonej

Średni kąt α obliczono ze wzoru:

Przykładowe obliczenie dane zawarte w tabeli poz.1

Natężenie pola magnetycznego Ziemi obliczono ze wzoru:

Przykład dla danych zawartych w tabeli poz.1

6. Rachunek błędów

Błąd natężenia pola magnetycznego Ziemi obliczono metodą różniczki logarytmicznej

ln H_z = ln I + ln n - ln 2 - ln r - ln tgα

Przykładowe obliczenie dla danych zawartych w tabeli poz.1

7. Zestawienie wyników pomiarów

Natężenie pola magnetycznego Ziemi wynosi:

H_z = H_z ± ΔH_zmax

H_z = (12.27 ± 1.13) [A/m]

8. Uwagi i wnioski

Błąd pomiaru wynikał w dużym stopniu z ułomności obserwatora przy odczycie kąta wychylenia igły magnetycznej. Błąd mógł także wyniknąć z niedokładności ustawienia zasilacza, którego regulacja była skokowa i w niektórych przypadkach nie można było ustawić odpowiedniej wartości. W kilka sekund po ustawieniu żądane wartości, amperomierz pokazywał pewne odchylenie.

6

B

P

mA

R

---