Nr. Ćw. 107	Data 26.03.2007 r.	Radosław Kęska	WFT	Sem. II	Gr. I
Prowadzący: dr P. Ziobrowski			Przygotowanie:	Wykonanie:	Ocena:

WYZNACZANIE SKŁADOWEJ POZIOMEJ NATĘŻENIA POLA MAGNETYCZNEGO ZIEMSKIEGO ZA POMOCĄ BUSOLI STYCZNYCH.

WPROWADZENIE

Na powierzchni ziemi istnieje pole magnetyczne, którego rozkład jest określony w głównej mierze położeniem biegunów magnetycznych. Biegun północny magnetyczny leży na północy Kanady, w przybliżeniu na szerokości 71 stopni i długości zachodniej 96 stopni, a biegun południowy znajduje się na Antarktydzie, na szerokości 72 stopnie i długości wschodniej 155 stopni. Jak widać bieguny magnetyczne różnią się wyraźnie położeniem od biegunów geograficznych.

Linie sił pola magnetycznego nie są równoległe do południków geograficznych , Nie są one też równoległe do powierzchni ziemi.

Do opisu pola magnetycznego Ziemi potrzebne są trzy zasadnicze jego elementy:

1. Deklinacja- kąt między składową poziomą indukcji magnetycznej pola ziemskiego a kierunkiem południka geograficznego w danym punkcie.

2. Inklinacja- kąt, jaki tworzy z poziomem zawieszona swobodnie w środku masy igła magnetyczna.

3. Igła magnetyczna- maże być każde ciało ferromagnetyczne zawieszone lub podparte na pionowej osi. Zwykle igła magnetyczna ma kształt podłużnej blaszki z ostrymi końcami.

Namagnesowana igła posiada makroskopowy moment magnetyczny, który oznaczamy przez
(pogrubiona czcionka oznacza, ze symbol przedstawia wielkość wektorową). Jeżeli znajdzie się ona w zewnętrznym polu magnetycznym o indukcji B, wówczas działa na nią moment siły M określony równaniem:

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

Przyrządem umożliwiającym wyznaczenie składowej poziomej natężenia pola magnetycznego Ziemi jest busola stycznych. Składa się ona ze szeregu (n) kolistych uzwojeniach o promieniu „r”, przez które płynie prąd o natężeniu „i” oraz umieszczonej w środku igły magnetycznej mogącej poruszać się tylko w płaszczyźnie poziomej. Na igłę działa, więc tylko składowa pozioma pola ziemskiego
. Busolę ustawiamy najpierw tak, aby kierunek pola magnetycznego Ziemi leżał w płaszczyźnie zwojów, gdy przez busolę nie płynie prąd(płaszczyzna zwojów jest pionowa).

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

prostopadle do płaszczyzny uzwojeń. Igła ustawi się w kierunku wypadkowego pola magnetycznego, odchylając się o kąt
od położenia pierwotnego.

Zauważamy że:

przekształcając równanie otrzymujemy :

W celu wyznaczenia składowej poziomej natężenia pola magnetycznego ziemi na podstawie równania należy znać liczbę i promień zwojów oraz zmierzyć kąt wychylenia igły przy różnych natężeniach prądu. Obwód elektryczny pozwala na dobór wartości prądu za pomocą opornika regulowanego za pomocą opornika regulowanego R, a także na zmianę kierunku prądu za pomocą przełącznika. Niektóre uzwojenia busoli posiadają odczepy zakończone gniazdkami. Dołączając obwód zasilający do różnych odczepów możemy zmieniać liczbę zwojów wytwarzających pole magnetyczne

OBLICZENIA

ilość zwojów	16		36		40
kierunek prądu	+	-	+	-	+	-
natężenie[A]
1,00E-02	72	70	77	66,5	64	81
2,00E-02	73	69,5	84,5	62,5	57,5	85
3,00E-02	73,5	68,5	87	59	54	77
4,00E-02	74,5	68	81	55,5	43	72
5,00E-02	75,5	67	77	51,5	31	69
6,00E-02	77	66,5	74	47	21	66
7,00E-02	78	66	72	42	18	63
8,00E-02	79	65	70	34,5	15	61
9,00E-02	80	64,5	68	26,5	13	59
1,00E-01	82	63,5	66	21,5	11	57
średnica	0,25
promień[m]	0,125

kąt początkowy	71
	różnica kąta końcowego z początkowym
16 zwojów		34 zwoje		40 zwojów
+	-	+	-	+	-
-1	1	-6	4,5	7	-10
-2	1,5	-13,5	8,5	13,5	-14
-2,5	2,5	-16	12	17	-6
-3,5	3	-10	15,5	28	-1
-4,5	4	-6	19,5	40	2
-6	4,5	-3	24	50	5
-7	5	-1	29	53	8
-8	6	1	36,5	56	10
-9	6,5	3	44,5	58	12
-11	7,5	5	49,5	60	14

wartość natężenie magnetycznego busoli
16		36		40
+	-	+	-	+	-
0,64		1,44		1,60
1,28		2,88		3,20
1,92		4,32		4,80
2,56		5,76		6,40
3,20		7,20		8,00
3,84		8,64		9,60
4,48		10,08		11,20
5,12		11,52		12,80
5,76		12,96		14,40
6,40		14,40		16,00

	wartość natężenie magnetycznego pola ziemskiego
	16		36		40
	+	-	+	-	+	-
	0,410939	0,410939	4,948348	0,310523	1,836025	2,467762
	0,585802	0,090771	2,131631	2,171349	2,368478	0,441708
	2,570204	2,570204	14,36972	6,793949	1,373817	16,49449
	6,834218	17,95905	8,883942	27,29675	22,74103	4,109393
	0,690052	2,763812	24,74174	9,462412	7,160663	3,66126
	13,1956	0,828062	60,61178	4,047034	35,30702	2,839804
	5,140869	1,325242	6,472294	11,36232	25,97654	1,647129
	0,752973	17,59413	7,396907	4,490523	20,93988	19,74209
	12,73447	26,14887	90,91767	22,75618	1,728514	22,6465
	0,028325	2,365102	4,259706	14,98531	49,99369	2,20854
średnia	5,749981253		16,42050452		12,28421734
srednia ze średniej		11,48490104

WNIOSKI

Celem zadania było obliczenie składowej poziomej natężenia pola magnetycznego ziemskiego. ziemskiego tym celu wykorzystałem busole stycznych.

Wyliczona przeze mnie składowa pozioma ma wartość 11,48490104[A/m] i mieści się w granicy błędu gdyż tablicowa wartość wynosi 10[A/m]. Dla prądu płynącego w kierunki dodatnim wartości natężenia jest około 2 razy mniejsza od natężenia pradu płynącego w przeciwnym kierunku.

---