Книга: Электричество и магнетизм
Контрольные
вопросы
1.
Поляризация
диэлектриков.
2.
Электронная
теория поляризованного диэлектрика. Диэлектрическая проницаемость и
диэлектрическая восприимчивость.
3.
Сегнетоэлектрики
и их свойства.
4.
Диэлектрический
гистерезис в сегнетоэлектриках, петля гистерезиса, точка Кюри.
5.
Как получить
петлю гистерезиса на экране осциллографа.
6.
Природа
сегнетоэлектрических свойств.
7.
Практическое
применение сегнетоэлектриков.
8.
Описание
экспериментальной установки и теория данного метода.
Литература, рекомендуемая к
лабораторной работе:
1.
Матвеев А.Н.
Электричество и магнетизм.- М.: Высшая школа, 1983.
2.
Калашников С.Г.
Электричество. – М.: Наука, 1977.
3.
Савельев И.В.
Курс общей физики. Т.2, Т. 3. – М.: Наука, 1977.
4.
Телеснин Р.В.,
Яковлев В.Ф. Курс физики. Электричество.-М.: Просвещение, 1970.
5.
Сивухин Д.В.
Общий курс физики. Т.3. Электричество.- М.: Физматлит МФТИ, 2002.
6.
Зильберман Г.Е.
Электричество и магнетизм. – М.: Наука, 1970.
7.
Парсел Э. Курс
физики Т.2 Электричество и магнетизм – М.: Наука, 1971.
8.
Рублев Ю.В.,
Куценко А.Н., Кортнев А.В. Практикум по электричеству. – М.: Высшая школа,
1971.
9.
Кортнев А.В.,
Рублев Ю.В., Куценко А.Н.. Практикум по физике. – М.: Высшая школа, 1965.
10.
Руководство к
лабораторным занятиям по физике. Под редакцией Л.Л. Гольдина, - М.: Наука,
1983.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10
ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
Цель работы:
Ознакомление с основными
количественными характеристиками магнитных полей и методами их измерения.
Определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли с
помощью тангенс- гальванометра.
Идея эксперимента:
В случае простейших конфигураций
(прямой ток, тороид, бесконечной длины соленоид) значение напряженности
магнитного поля легко находится с помощью теоремы о циркуляции Н, в
более сложных случаях (соленоид конечной длины и др.) расчет Н
затруднителен. Поэтому в ряде случаев удобнее экспериментально определить В,
а затем рассчитать Н. Величину магнитной индукции В можно
измерить различными способами или непосредственно прибором, называемым тесламетром
(рис 4.)
Теоретическая часть
Экспериментально установлено, что в
пространстве, окружающем токи и постоянные магниты, возникает силовое поле,
называемое магнитным. Наличие магнитного поля обнаруживается по
силовому действию на внесенные в него проводники с током или постоянные
магниты. Магнитное поле в данной точке может быть охарактеризовано вектором
магнитной индукции В и вектором напряженности Н, которые связаны
соотношением
В= μμ0Н
где μ0= 4π· 10-7 Гн/м - магнитная
постоянная, μ – магнитная проницаемость вещества, показывающая во сколько
раз магнитная индукция в данной среде больше магнитной индукции в вакууме.
Магнитное поле обладает следующими свойствами:
·
магнитное поле
действует только на движущиеся в этом поле электрические заряды:
·
магнитное поле
подчиняется принципу суперпозиции В=∑Вi
·
магнитное поле
является вихревым, т.е. линии магнитной индукции всегда замкнуты и охватывают
проводники с током.
Количественно магнитные поля можно
рассчитать по закону Био-Савара-Лапласа:
,
где I - сила тока, dl – вектор,
по модулю равный длине элемента проводника и совпадающий по направлению с
током, r –радиус вектор, проведенный из элемента проводника dl в точку поля, в которой
определяется В.
Магнетизм
Земли.
Земля представляет собой
огромный шаровой магнит. Хотя магнетизм Земли в течение уже
нескольких тысячелетий использовался для определения сторон света с помощью магнитных
стрелок, лишь в 1600 г. Уильям Гильберт научно доказал, что Земля – магнитный диполь. Строгую теорию геомагнетизма и методы магнитных
измерений разработали в
30-е годы XIX века Карл Гаусс и Вильгельм Вебер.
В любой точке пространства, окружающего
Землю, обнаруживается действие магнитных сил. Форма
силовых линий магнитного поля Земли показана на рис.1 Северный магнитный полюс Земли находится в
южном полушарии и имеет координаты 78° ю. ш. и 111° в. д., а южный магнитный полюс располагается в северном полушарии и
имеет координаты 78° с.
ш. и 69° з. д.. Эти значения непостоянны, так
как со временем магнитные полюсы и ось меняют своё положение. Из сказанного
следует, что магнитные полюса планеты смещены относительно географических
полюсов более чем на 2000 км каждый. Это расстояние с годами возрастает по
неизвестным науке причинам (в 1600 году оно составляло всего 1300 км).
Угол между горизонтальной
составляющей вектора В и плоскостью географического меридиана называется
магнитным склонением α и измеряется при помощи деклинаторов.
В результате неоднородности земного магнитного поля его вектор индукции на
экваторе направлен строго горизонтально, на магнитных полюсах – вертикально, а
на всех остальных широтах – под некоторым углом к горизонту. Этот угол
называется магнитным наклонением θ, которое измеряется посредством инклинаторов.
Существование магнитного наклонения приводит к тому, что северный полюс
магнитной стрелки, подвешенной в северном полушарии, располагается несколько
ниже южного полюса, а в южном полушарии – наоборот (на глаз это незаметно).
Такую ориентацию можно описать векторной суммой горизонтальной и вертикальной
составляющих вектора индукции магнитного поля Земли (рис. 2). Вертикальную
составляющую этого поля измеряют при помощи упомянутого выше инклинатора, а
горизонтальную – при помощи тангенс-гальванометра. В стрелочном
инклинаторе главной частью является магнитная стрелка с горизонтальной осью,
проходящей через центр тяжести стрелки. Если вертикальную плоскость качания
стрелки совместить с плоскостью магнитного меридиана, магнитная ось стрелки
устанавливается по направлению вектора напряженности магнитного поля. Магнитное
наклонение отсчитывается по вертикальному кругу с делениями. Более точные индукционные
инклинаторы позволяют измерить наклонение с точностью до 0,1΄. В таком
приборе индукционная катушка вращается вокруг оси, лежащей в плоскости ее
витков. Прибор дает возможность ориентировать ось в любом направлении. Если она
не совпадает с вектором напряженности магнитного поля Земли, то магнитный поток
сквозь контур катушки при ее вращении меняется, и в ней индуцируется эдс. При
совпадении оси вращения с направлением вектора напряженности поток сквозь ее
контур остается постоянным, эдс не индуцируется, и включенный в цепь катушки
чувствительный гальванометр не дает отклонений. Угол между горизонтальной плоскостью
и осью катушки при отсутствии отклонений в гальванометре отсчитывается по
вертикальному кругу, соединенному с осью катушки. Точные измерения показали,
что в настоящее время горизонтальная составляющая вектора магнитной индукции B на поверхности планеты принимает
значения от 0 до 41 мкТл, а полный вектор индукции B0 изменяется в пределах от +62 до –73
мкТл.
Магнитное поле Земли меняется и во
времени. В настоящее время магнитное поле планеты убывает примерно на 1% каждые
10 лет.
Экспериментальная установка
Тангенс-гальванометр представляет
собой короткую катушку большого диаметра, точно в центре которой располагается
буссоль (компас). Размеры стрелки буссоли должны быть очень малы, что позволяет
считать величину магнитного поля тока, действующего на концы стрелки, равной
величине поля в центре кругового тока. По этой же причине катушка прибора
должна быть как можно короче и как можно большего диаметра. Обмотка катушки
представляет собой определённое число N витков медного провода и несколько отводов,
сделанных через равное количество витков. Каждый отвод припаивается к
отдельному гнезду на панели прибора, рядом с которым указывается
соответствующее число витков. Перед началом измерений плоскость катушки
тангенс-гальванометра располагают в плоскости магнитного меридиана планеты,
после чего по обмотке прибора пропускают электрический ток. В результате
стрелка оказывается под воздействием одновременно двух взаимно перпендикулярных
полей: горизонтальной составляющей магнитного поля Земли Вг и поля ВI кругового тока катушки
тангенс-гальванометра. При этом стрелка буссоли устанавливается вдоль вектора
магнитной индукции результирующего поля.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 |