Nr ćwiczenia 23	Temat ćwiczenia Wyznaczanie składowej poziomej indukcji pola magnetycznego Ziemi za pomocą busoli stycznych.
Nr zespołu 10	Nazwisko i imię Kruk Leszek
Data wyk. ćw. 15.03.1999	Wydział, rok, grupa EAIiE, I rok, 3 grupa

Przygotowanie teoretyczne:

Podstawowym pojęciem w temacie ćwiczenia jest pole magnetyczne - jest to przestrzeń otaczająca magnes albo przewodnik z prądem. Podstawowy wektor pola magnetycznego B nosi nazwę indukcji magnetycznej. Wielkość ta może być reprezentowana przez linie indukcji tak jak pole elektryczne reprezentowane jest przez linie sił. Podobnie jak dla pola elektrycznego wektor pola magnetycznego jest związany z liniami indukcji w następujący sposób:

a) styczna do linii indukcji w dowolnym punkcie daje kierunek wektora B w tym punkcie,

b) linie indukcji rysuje się w ten sposób, że ich liczba na jednostkę powierzchni przekroju poprzecznego

jest proporcjonalna do wartości bezwzględnej wektora pola magnetycznego B.

Tam gdzie linie są blisko siebie, B przyjmuje duże wartości, a tam gdzie daleko - małe.

Busola stycznych w celu dokładnego pomiaru wartości składowej poziomej indukcji ziemskiego pola magnetycznego wykorzystuje oddziaływanie pomiędzy ziemskim polem magnetycznym a igłą busoli. Dodanie do ziemskiego pola magnetycznego pola wytworzonego przez pętlę z prądem, którego wartość, kierunek i zwrot są ściśle określone regułą Biota-Savarta, spowoduje odchylenie się igły od kierunku północy magnetycznej o pewien kąt. Wartość składowej poziomej wektora indukcji ziemskiego pola magnetycznego zależy jednoznacznie od wartości tego kąta i wartości indukcji pola wytworzonego przez pętlę z prądem.

Z prawa Biota-Savarta wiemy, że prąd o natężeniu I płynący przez element przewodnika o długości dl wytwarza w punkcie odległym o r od tego elementu pole magnetyczne o natężeniu :

Kierunek wektora natężenia pola dH jest prostopadły do płaszczyzny wektorów dl i r i ma zwrot zgodny z regułą śruby prawoskrętnej.

W środku bardzo krótkiej zwojnicy o promieniu R złożonej z n zwojów natężenie pola magnetycznego wynosi :

Zgodnie z prawem Biota-Savarta całkowitą indukcję magnetyczną w środku geometrycznym kołowej, płaskiej pętli z prądem można wyrazić za pomocą wzoru :

gdzie: I - natężenie prądu przepływającego przez pętlę,

R - promień pętli.

Jeśli obwód składa się z n identycznych pętli, to całkowita indukcją B_n wyniesie:

Igła magnetyczna umieszczona w ziemskim polu magnetycznym, o składowej poziomej indukcji B_p. W obszarze igły istnieje pole magnetyczne pętli z prądem, ustawionej prostopadle do ziemskiego pola magnetycznego, o indukcji B_|. Zatem indukcja wypadkowego pola magnetycznego wynosi B=B_|+B_p. Gdyby B_| było równe zeru, oś igły pokrywałaby się z kierunkiem indukcji B_p. Jeśli jednak B_| jest różne od zera to igła ustawi się pod pewnym kątem α względem kierunku B_p. O wartości tego kąta decyduje warunek równoważenia się momentów sił pochodzących od obu pól składowych. Niech τ_p oznacza moment siły wytworzony przez pole ziemi, zaś τ_| moment od prądu płynącego przez pętlę. Warunek równowagi ma postać:

gdzie μ jest magnetycznym momentem dipolowym igły kompasu. Kierunek magnetycznego momentu dipolowego pokrywa się z osią obwodu (reguła śruby prawoskrętnej).

Przyrównując wartości momentu τ_p. i τ_| otrzymujemy:

skąd wynika, że:

Wzór ten pozwala obliczyć wartość składowej poziomej ziemskiego pola magnetycznego.

Celem dokładności wykonuje się dwa pomiary kąta α dla przeciwnych kierunków prądu.

Podstawowe jednostki :

1T (Tesla) - jest jednostką indukcji magnetycznej B. Indukcja magnetyczna jest równa 1T w polu magnetycznym, w którym na przewód o długości 1m przy przepływie prądu 1A działa siła 1N.

1A (Amper) - jest taką wartością prądu nie zmieniającego się, który płynąc w dwóch równoległych prostoliniowych przewodnikach, o nieskończonej długości i znikomo małym kołowym przekroju poprzecznym, umieszczonych w odległości 1m w próżni wywołuje między przewodnikami siłę równą 2*10^-7N na każdy metr długości.

1 A/m - jest jednostką natężenia magnetycznego H.

Pole magnetyczne Ziemi jest polem dipola magnetycznego, którego oś, zwana osią geomagnetyczną, tworzy z osią obrotu Zimei kąt około 11,5 stopnia (przy czym punkty przecięcia osi geomagnetycznej z powłoką Ziemi stanowią bieguny magnetyczne, nie pokrywające się z biegunami geograficznymi). Według przyjmowanej obecnie teorii pole magnetyczne Ziemi jest wywołane wirowymi prądami elektrycznymi, płynącymi w jądrze Ziemi. Podobnie jak pola regionalne (spowodowane między innymi lokalnym występowaniem złóż ferromagnetyków) ulega zmianom wiekowym. Około 1 % pola magnetycznego Ziemi stanowi pole o źródłach zewnętrznych, jak na przykład prądy elektryczne płynące w jonosferze, związane z działaniem na nią Słońca i Księżyca.

Elementy ziemskiego pola magnetycznego ulegają oprócz wspomnianych wyżej zmian wiekowych zmianom periodycznym (np. dziennym), oraz nieokresowym, szybkim, zwanym burzami magnetycznymi. Burze magnetyczne związane są z silnymi polami magnetycznymi Słońca oraz ze strumieniami elektronów pochodzenia słonecznego dosięgających naszej atmosfery.

Przestrzeń, w której działają siły pola magnetycznego Ziemi nazywana jest magnetosferą. Cząstki elektrycznie naładowane zawarte wewnątrz magnetosfery poruszają się w przestrzeni wraz z Ziemią. Oprócz Ziemi stwierdzono istnienie magnetosfery Jowisza.

Lp	Ilość zwojów N	Prąd [mA]	Wychylenie w lewo [°]	Wychylenie w prawo [°]	Wychylenie średnie [°]	Bp [mT]
1	40	200	63	62
2	40	200	63	62
3	40	200	60	61
4	40	200	61	61
5	40	200	61	61
1	40	100	42	42
2	40	100	43	42
3	40	100	44	43
4	40	100	43	41
5	40	100	44	43
1	24	350	61	60
2	24	350	62	61
3	24	350	61	61
4	24	350	62	60
5	24	350	62	62
1	24	170	45	41
2	24	170	45	45
3	24	170	45	43
4	24	170	44	43
5	24	170	44	42

---