Wydział : |
Imię i nazwisko : Paweł Rzadkowski, Jakub Słocki |
rok I |
Grupa 3 |
Zespół IV |
||||||
Pracownia fizyczna I |
Temat ćwiczenia : Busola stycznych, wyznaczanie składowej poziomej ziemskiego pola magnetycznego. |
Ćwiczenie nr: 41 |
||||||||
Data wykonania:
|
Data oddania: |
Zwrot do poprawy: |
Data oddania: |
Data zaliczenia: |
Ocena: |
|||||
Cel ćwiczenia.
Zapoznanie się z budową i działaniem busoli, wyznaczenie składowej poziomej ziemskiego pola magnetycznego.
Wstęp teoretyczny.
Prąd płynąc przez przewodnik wytwarza wokół niego pole magnetyczne. Natężenie tego pola w dowolnym punkcie jest superpozycją natężeń pól elementarnych pochodzących od poszczególnych elementów długości przewodnika. Z prawa Biota-Savarta wiemy, że prąd o natężeniu I płynący przez element przewodnika o długości dl wytwarza w punkcie odległym o r pole magnetyczne o natężeniu:
(1)
W środku bardzo krótkiej zwojnicy o promieniu R złożonej z n zwojów natężenie pola magnetycznego wynosi:
(2)
Gdy znamy natężenie płynącego prądu możemy korzystając ze wzoru (2) zbudować przyrząd do pomiaru składowej poziomej natężenia pola magnetycznego Ziemi. Przyrząd ten nazywany jest busolą stycznych.
W konstrukcji busoli wykorzystano oddziaływanie pola magnetycznego wytworzonego przez cewkę z prądem, z igłą magnetyczną. Uzwojenia są nawinięte na cienką obręcz wykonaną z materiału nieferromagnetycznego. Igła magnetyczna znajduje się w środku tej obręczy i tak jest przytwierdzona by mogła się obracać w płaszczyźnie poziomej. Wokół igły jest skala kątowa, na której odczytuje się wychylenie.
Oddziaływanie pola z momentem magnetycznym igły powoduje jej ustawienie równolegle do poziomej składowej pola wypadkowego. Jeśli w cewce prąd nie płynie - igła magnetyczne ustawia się równolegle do składowej poziomej magnetyzmu ziemskiego HO. Można tak ustawić busolę aby jego kierunek znajdował się w płaszczyźnie zwojów. Włączenie prądu wywoła powstanie pola H Danego wzorem (2) o kierunku prostopadłym do płaszczyzny zwojów. Igła magnetyczna ustawi się teraz w kierunku wypadkowej obu pól. Wektory HW (wektor wypadkowy) oraz HO i H tworzą trójkąt prostokątny. Widać, że:
(3)
Mierząc kąt wychylenia igły oraz natężenie prądu można wyznaczyć składową poziomą natężenia ziemskiego pola magnetycznego.
Tabele pomiarów.
Promień R busoli [m] |
|
Liczba zwojów n |
Prąd I [A] |
kąt wychylenia a (o) |
kąt wych. w kierunku przeciwnym a (o) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Podpis: ..................................................................................................
Data: ..................................................
Opracowanie wyników.
|
Liczba zwojów n |
Prąd I [A] |
Kąt wychy- lenia a [o] |
Kąt wych. w kier. przec. a [o] |
Kąt średni aśr [o] |
HO [A/m] |
HO-Hsr [A/m] |
(HO-Hsr)2 [A2/m2] |
|
4 |
1.000 |
43 |
-42 |
42.5 |
16.629 |
0.832 |
0.692 |
|
4 |
0.950 |
42 |
-41 |
41.5 |
16.362 |
0.565 |
0.319 |
|
4 |
0.900 |
39 |
-39 |
39.0 |
16.936 |
1.138 |
1.296 |
|
4 |
0.850 |
38 |
-38 |
38.0 |
16.578 |
0.781 |
0.610 |
|
4 |
0.800 |
37 |
-36 |
36.5 |
16.474 |
0.677 |
0.459 |
|
4 |
0.750 |
36 |
-36 |
36.0 |
15.730 |
-0.067 |
0.005 |
|
4 |
0.700 |
35 |
-35 |
35.0 |
15.234 |
-0.564 |
0.318 |
|
4 |
0.650 |
33 |
-33 |
33.0 |
15.252 |
-0.545 |
0.297 |
|
16 |
0.400 |
57 |
-58 |
57.5 |
15.532 |
-0.265 |
0.070 |
|
16 |
0.350 |
53 |
-54 |
53.5 |
15.786 |
-0.011 |
0.000 |
|
16 |
0.300 |
47 |
-46 |
46.5 |
17.352 |
1.555 |
2.419 |
|
16 |
0.250 |
43 |
-43 |
43.0 |
16.341 |
0.544 |
0.295 |
|
16 |
0.200 |
37 |
-37 |
37.0 |
16.177 |
0.380 |
0.144 |
|
16 |
0.150 |
30 |
-31 |
30.5 |
15.521 |
-0.276 |
0.076 |
|
16 |
0.100 |
Błąd gruby |
|||||
|
16 |
0.050 |
Błąd gruby |
|||||
|
40 |
0.070 |
35 |
-36 |
35.5 |
14.954 |
-0.843 |
0.711 |
|
40 |
0.075 |
37 |
-38 |
37.5 |
14.894 |
-0.903 |
0.816 |
|
40 |
0.080 |
39 |
-39 |
39.0 |
15.054 |
-0.743 |
0.553 |
|
40 |
0.085 |
41 |
-40 |
40.5 |
15.165 |
-0.632 |
0.399 |
|
40 |
0.090 |
43 |
-42 |
42.5 |
14.967 |
-0.831 |
0.690 |
|
40 |
0.100 |
44 |
-43 |
43.5 |
16.058 |
0.260 |
0.068 |
|
40 |
0.105 |
46 |
-47 |
46.5 |
15.183 |
-0.614 |
0.377 |
|
40 |
0.110 |
47 |
-48 |
47.5 |
15.359 |
-0.438 |
0.192 |
|
Wartość średnia Hśr: |
15.797 |
|
|
||||
|
Całkowity błąd pomiaru: |
0.1529 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Przyczyny powstawania błędów.
Przyczyną powstania błędu może być pole elektromagnetyczne powstające w zasilaczu, a także mierniku i innych urządzeniach znajdujących się w pracowni, co mogło powodować zakłócenia w polu magnetycznym Ziemi.
Niedoskonałość przyrządów i zmysłów ludzkich.
Porównanie z wartością tablicową.
Na podstawie wyników doświadczenia otrzymaliśmy wartość składowej poziomej magnetycznego pola ziemskiego równą 15.8/2/ [A/m].
Wartość tablicowa składowej poziomej indukcji pola magnetycznego dla Krakowa wynosi 21 mT. Stąd natężenie tego pola równe jest:
Wyszukiwarka