Słabe Pola

Zbuduj urządzenie oparte na igle magnetycznej i zastosuj je do pomiaru ziemskiego pola magnetycznego

Ziemskie pole magnetyczne posiada 2 bieguny magnetyczne: Północny i Południowy znajdujące się w pobliżu biegunów geograficznych Ziemi. Północny biegun ziemskiego pola magnetycznego znajduje się w okolicach południowego bieguna ziemskiego i odwrotnie. Igła magnetyczna na powierzchni Ziemi ustawia się zgodnie z liniami ziemskiego pola magnetycznego. Oznacza to, że igła mogąca się swobodnie poruszać we wszystkich wymiarach na równiku ustawiłaby się równolegle do powierzchni Ziemi, biegunem północnym skierowanym w stronę południowego bieguna ziemskiego pola magnetycznego. Na biegunie igła taka wskazywałaby kierunek pionowy, a wszędzie pomiędzy biegunami igła byłaby nachylona do poziomu pod pewnym kątem. Przy czym kąt ten zwiększałby się w miarę zbliżania się do bieguna. Normalna igła magnetyczna wskazuje tylko kierunek linii sił ziemskiego pola magnetycznego równoległych do powierzchni Ziemi. Natężenie ziemskiego pola magnetycznego Z, można zapisać jako sumę dwóch wektorów składowych: pionowego T i poziomego P.

Z=T+P

Wiemy również, że przewodnik, przez który przepływa prąd jest źródłem pola magnetycznego o natężeniu H, którego wartość jest wprost proporcjonalnym do natężenia prądu przez niego płynącego, a zwrot określa zasada śruby prawoskrętnej. Wartość natężenia pola magnetycznego w środku kołowego przewodnika o promieniu R, przez którego przepływa prąd o natężeniu I wyraża się wzorem:

H=I/2R

W kołowym przewodniku o promieniu R i środku w punkcie S ustawiamy igłę magnetyczną tak, że płaszczyzna, na której leży przewodnik jest prostopadła do prostej wyznaczonej przez igłę i środek igły znajduje się w punkcie S (zdjęcie poniżej).

Następnie przez przewodnik przepuszczamy prąd stały o znanym natężeniu I, tak dobranym, aby igła znajdująca się w środku przewodnika ustawiła się równolegle do płaszczyzny, w której leży przewodnik (zdjęcie poniżej).

Oznacza to, że natężenie pola magnetycznego w punkcie S jest równe 0, zatem natężenie pola pochodzącego od przewodnika ma wartość równą wartości natężenia ziemskiego pola magnetycznego, tzn. ma ten sam kierunek, ale przeciwny zwrot.

Z = -H

W ten sposób otrzymujemy kierunek i wartość natężenie ziemskiego pola magnetycznego w punkcie S.

Do wykonania doświadczenia użyliśmy:
Miedzianego drutu wygiętego w okrąg o promieniu R=0.05 m
Akumulatora dającego napięcie 1.5 V
Opornika o zmiennej rezystancji - drutu oporowego
Uniwersalnego miernika elektrycznego o dokładności pomiaru natężenia prądu p=2%
Igły magnetycznej na podstawce
Ekierki

Urządzenie ustawiliśmy tak, aby igła skierowana na północ przecinała płaszczyznę okręgu pod kątem prostym. Do drutu miedzianego podłączamy źródło napięcia - akumulatorek, miernik i drut oporowy. Odpowiednie natężenia prądu otrzymujemy poprzez włączenie odpowiedniego oporu - odpowiedniej długości drutu oporowego. (patrz zdjęcie 1)

Ponieważ igła ma pewną bezwładność i nigdy nie porusza się bez żadnych oporów, aby uzyskać oczekiwany efekt musimy ją poruszyć, robimy to dmuchając na nią. Otrzymaliśmy natężenia prądu I oraz odpowiadające im natężenia pola magnetycznego H, które umieściliśmy w tabelce.

I[A]	H[A/m]
0.92	9.2
1.30	13
1.12	11.2
1.24	12.4
1.18	11.8
0.98	9.8

stąd ziemskie pole magnetyczne w miejscu wykonywania doświadczenia wynosi ok.
o zwrocie w kierunek północnego bieguna ziemskiego pola magnetycznego, który wyznacza igła magnetyczna.

Wersja do druku