Nr. ćwiczenia: 23	Temat ćwiczenia: Wyznaczenie składowej poziomej indukcji pola magnet. ziemi przy pomocy busoli stycznych.	Ocena z przygotowania teoretycznego:
Nr. zespołu 7	Ptaszek Robert	Ocena zaliczenia sprawozdania:
Data: 96.04.22	rok IA IMiR gr. 3	Uwagi:

1.Cel ćwiczenia.

Pomiar składowej poziomej indukcji B_z pola magnetycznego Ziemi.

2. Zadania do wykonania.

a) zestawić obwód według schematu,

b) ustawić busolę stycznych płaszczyzną zwojów dokładnie wzdłuż południka magnetycznego,

c) odczytać wartość kąta wychylenia igły po komutacji,

d) dla każdego pomiaru przeprowadzić wyliczenie wartości składowej wartości poziomej indukcji dla pola magnetycznego ziemskiego,

e) obliczenie błędów.

3.Wiadomości teoretyczne.

Pole magnetyczne stacjonarne, podobnie jak pole elektrostatyczne, charakteryzuje się tym, że do jego podtrzymania nie jest wymagane dostarczanie energii. Energia potrzebna jest tylko do wytworzenia tego pola.

Cechą wyróżniającą pole magnetyczne spośród innych rodzajów pól jest to, że na poruszające się w tym polu ładunki elektryczne działa siła. Ponadto w przewodniku poruszającym się w polu magnetycznym indukuje się napięcie elektryczne, wreście pod wpływem działania pola magnetycznego, niektóre materiały zmieniają swoje własności.

Jak wynika z prawa Biota i Sawarta które ma postać:

w polu magnetycznym wytworzonym przez prąd elektryczny indukcja magnetyczna w dowolnym miejscu zależy od własności magnetycznych środowiska, scharakteryzowanych przenikalnością magnetyczną. Dlatego do określenia pola magnetycznego wprowadzono jeszcze wielkość wektorową, zwaną wektorem natężenia pola magnetycznego, która nie zależy od własności magnetycznych środowiska .

Wektor natężenia pola magnetycznego H określamy:

Skalarnie zależność pomiędzy indukcją magnetyczną a natężeniem pola magnetycznego określamy wzorem:

Wektory B i H mają ten sam kierunek w przestrzeni.

Dipol magnetyczny to najprostrzy układ magnetyczny np. obwód z prądem, magnes, solenoid o skończonej długości. Dipol magnetyczny charakteryzuje się magnetycznym momentem dipolowym :

gdzie B to pole magnetyczne zewnętrzne, a to moment skręcający działający na dipol.

Wiadomości teoretyczne o busoli stycznych.

Prąd płynąc przez przewodnik wytwarza wokół niego pole magnetyczne. Natężenie tego pola w dowolnym punkcie można traktować jako superpozycję natężeń pól elementarnych pochodzących od poszczególnych elementów długości przewodnika.

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

Kierunek wektora natężenia pola jest prostopadły do płaszczyzny wektorów i i ma zwrot zgodny z regułą śruby prawoskrętnej. W środku bardzo krótkiej zwojnicy o promieniu R złożonej z n zwojów natężenie pola magnetycznego wynosi:

Korzystając z tego wzoru można zbudować przyrząd zwany busolą stycznych do pomiaru składowej poziomej natężenia pola magnetycznego Ziemi, gdy znamy natężenie płynącego prądu, albo też do pomiaru natężenia prądu, gdy znamy natężenie pola H.

W konstrukcji busoli wykorzystano oddziaływanie pola magnetycznego wytworzonego przez cewkę z prądem, igłą magnetyczną. Uzwojenia, najczęściej miedziane, są nawinięte na cienką obręcz wykonaną z materiału nieferromagnetycznego ( mosiądz, aluminium ). Igła magnetyczna znajduje się w środku tej obręczy i tak jest przytwierdzona, by mogła się obracać swobodnie w płaszczyźnie poziomej. Wokół igły jest skala kątowa na której odczytuje się wychylenie.

Oddziaływanie pola z momentem igły powoduje ustawienie igły równolegle do poziomej składowej pola wypadkowego. Jeśli w cewce prąd nie płynie - igła magnetyczna ustawia się równolegle do składowej poziomej magnetyzmu ziemskiego H_o. Można tak ustawić busolę, by kierunek H_o znajdował się w płaszczyźnie zwojów. Włączenie prądu wywoła powstanie pola H o kierunku prostopadłym do płaszczyzny zwojów. Igła magnetyczna ustawi się teraz w kierunku wypadkowej obu pól. Wektory pola wypadkowego oraz tworzą trójkąt prostokątny. Widać, że:

Mierząc kąt wychylenia igły oraz natężenie prądu można składową poziomą natężenia ziemskiego pola magnetycznego. Pole to nie jest wytwarzane przez magnetyzm materiału wnętrza Ziemi, lecz potężne prądy elektryczne - Ziemia nie jest więc wielkim magnesem, lecz wielką samowzbudną prądnicą.

Energia niezbędna do podtrzymywania tych prądów pochodzi od sił działających na Ziemię przez Księżyc. Doświadczalnym potwierdzeniem tej hipotezy jest fakt, że planety nie posiadające masywnego księżyca - jak Merkury, Wenus czy Mars - nie posiadają pola magnetycznego.

Wektor ziemskiego pola magnetycznego można rozłożyć na składowe: poziomą i pionową. Kąt pomiędzy składową poziomą i kierunkiem północnym nosi nazwę deklinacji i jest bardzo ważny dla wszystkich użytkowników kompasów. Kąt nachylenia wektora natężenia pola magnetycznego ziemskiego w stosunku do płaszczyzny poziomej to inklinacja magnetyczna. Dla Krakowa składowa pozioma indukcji ziemskiego pola magnetycznego wynosi 21 mikrotesli.

4.Jednostki.

Jednostką natężenia pola magnetycznego jest 1 amper na metr ( 1 A/m ). Jednostkę tę możemy wyprowadzić ze wzoru dla jednostek wiążących B,, H:

gdyż 1H = 11s.

Pojęcie i jednostka natężenia pola magnetycznego znalazła szerokie zastosowanie przy obliczaniu pól magnetycznych.

Z zależności

można ustalić jednostkę indukcji magnetycznej nazywaną teslą (T). Indukcja magnetyczna jest równa jednej tesli, gdy na ładunek równy 1C, poruszający się prostopadle do kierunku indukcji magnetycznej z prędkością 1 m/s, działa siła 1N. Zatem

Indukcja magnetyczna jest wielkością charakteryzującą pole magnetyczne w danym punkcie przestrzeni.

Natężenie prądu będzie jednostkowe, jeśli dla d = l = 1m siła oddzieływania będzie równa 2 10^-7 N. A zatem : jednym amperem nazywamy natężenie takiego niezmieniającego się prądu elektrycznego, który płynąc przez dwa cienkie, prostolinijne, nieskończenie długie przewodniki, umieszczone w próżni w odległości 1m od siebie, powoduje wystąpienie między tymi przewodami siły równej 2 10^-7 N na każdy metr długości przewodów.

WYNIKI POMIARÓW:

Lp.	Ilość zwojów	Prąd	Wychylenie [^0]			Bp
	N	[mA]	w lewo	w prawo	średnie	[mT]
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Opracowanie wyników:

Lp.	Ilość zwojów	Prąd	Wychylenie [^0]			Bp
	N	[mA]	w lewo	w prawo	średnie	[mT]
1	16	265	47^o	45^o	46^o
2	16	180	37^o	35^o	36^o
3	16	430	58^o	60^o	59^o
4	24	120	46^o	45^o	45,5^o
5	24	85	38^o	35^o	36,5^o
6	24	225	63^o	60^o	61,5^o
7	40	105	46^o	45^o	45,5^o
8	40	75	37^o	35^o	36,5^o
9	40	195	61^o	60^o	60,5^o

---