Laboratórna úloha č. 23. Meranie horizontálnej zložky magnetického poľa Zeme tangentovou buzolou



Σχετικά έγγραφα
14. Meranie horizontálnej zložky magnetického poľa Zeme tangentovou buzolou Autor pôvodného textu: Drahoslav Barančok

Prechod z 2D do 3D. Martin Florek 3. marca 2009

Obvod a obsah štvoruholníka

Laboratórna úloha č. 24. Magnetický moment tyčového magnetu

Matematika Funkcia viac premenných, Parciálne derivácie

UČEBNÉ TEXTY. Pracovný zošit č.10. Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť Elektrotechnické merania. Ing. Alžbeta Kršňáková

Priamkové plochy. Ak každým bodom plochy Φ prechádza aspoň jedna priamka, ktorá (celá) na nej leží potom plocha Φ je priamková. Santiago Calatrava

Ma-Go-20-T List 1. Obsah trojuholníka. RNDr. Marián Macko

Matematika 2. časť: Analytická geometria

1. písomná práca z matematiky Skupina A

1. Limita, spojitost a diferenciálny počet funkcie jednej premennej

Izotermický dej: Popis merania

3. Striedavé prúdy. Sínusoida

Komplexné čísla, Diskrétna Fourierova transformácia 1

Ekvačná a kvantifikačná logika

Vzorce pre polovičný argument

KATEDRA DOPRAVNEJ A MANIPULAČNEJ TECHNIKY Strojnícka fakulta, Žilinská Univerzita

Matematika prednáška 4 Postupnosti a rady 4.5 Funkcionálne rady - mocninové rady - Taylorov rad, MacLaurinov rad

,Zohrievanie vody indukčným varičom bez pokrievky,

7. FUNKCIE POJEM FUNKCIE

UČEBNÉ TEXTY. Pracovný zošit č.2. Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť Elektrotechnické merania. Ing. Alžbeta Kršňáková

Laboratórna úloha č. 8. Koeficient teplotnej rozpínavosti vzduchu

Jednotkový koreň (unit root), diferencovanie časového radu, unit root testy

24. Základné spôsoby zobrazovania priestoru do roviny

Model redistribúcie krvi

Goniometrické rovnice a nerovnice. Základné goniometrické rovnice

MIDTERM (A) riešenia a bodovanie

ELEKTROTECHNICKÉ PRAKTIKUM (Všeobecná časť)

MERANIE ELEKTRICKÉHO NAPATIA 2 MERANIE ELEKTRICKÉHO PRÚDU 3 MERANIE ODPORU PRIAMO 4 MERANIE ODPORU NEPRIAMO 5

Fyzika gymnázium s osemročným vzdelávacím programom FYZIKA

7 Derivácia funkcie. 7.1 Motivácia k derivácii

Cvičenie č. 4,5 Limita funkcie

Výpočet. sledu skrátenia koľajníc v zloženom oblúku s krajnými prechodnicami a s medziľahlou prechodnicou a. porovnanie

Súčtové vzorce. cos (α + β) = cos α.cos β sin α.sin β cos (α β) = cos α.cos β + sin α.sin β. tg (α β) = cotg (α β) =.

Motivácia Denícia determinantu Výpo et determinantov Determinant sú inu matíc Vyuºitie determinantov. Determinanty. 14. decembra 2010.

22 Špeciálne substitúcie, postupy a vzorce používané pri výpočte

Start. Vstup r. O = 2*π*r S = π*r*r. Vystup O, S. Stop. Start. Vstup P, C V = P*C*1,19. Vystup V. Stop

6 Limita funkcie. 6.1 Myšlienka limity, interval bez bodu

URČENIE MOMENTU ZOTRVAČNOSTI FYZIKÁLNEHO KYVADLA

1.polrok VÝZNAM A ÚČEL ELEKTROTECHNICKÝCH MERANÍ

AerobTec Altis Micro

16 Elektromagnetická indukcia

Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ M A T E M A T I K A

2. KOLOKVIJ IZ MATEMATIKE 1

PRUŽNOSŤ A PEVNOSŤ PRE ŠPECIÁLNE INŽINIERSTVO

u R Pasívne prvky R, L, C v obvode striedavého prúdu Činný odpor R Napätie zdroja sa rovná úbytku napätia na činnom odpore.

STRIEDAVÝ PRÚD - PRÍKLADY

SENZORY III. Ing. Imrich Andráš KEMT FEI TUKE 2015

2 Chyby a neistoty merania, zápis výsledku merania

Meno: Teória Tabuľka Výpočet Zaokrúhľovanie Záver Graf Meranie

Jednotkový koreň (unit root), diferencovanie časového radu, unit root testy

Zadaci sa prethodnih prijemnih ispita iz matematike na Beogradskom univerzitetu

ÚLOHA Č.8 ODCHÝLKY TVARU A POLOHY MERANIE PRIAMOSTI A KOLMOSTI

Integrovanie racionálnych funkcií

Rozsah hodnotenia a spôsob výpočtu energetickej účinnosti rozvodu tepla

Pevné ložiská. Voľné ložiská

Kontrolné otázky na kvíz z jednotiek fyzikálnych veličín. Upozornenie: Umiestnenie správnej a nesprávnych odpovedí sa môže v teste meniť.

M6: Model Hydraulický systém dvoch zásobníkov kvapaliny s interakciou

Jozef Kúdelčík Peter Hockicko ZÁKLADY FYZIKY

PREHĽAD ZÁKLADNÝCH VZORCOV A VZŤAHOV ZO STREDOŠKOLSKEJ MATEMATIKY. Pomôcka pre prípravný kurz

STATIKA STAVEBNÝCH KONŠTRUKCIÍ I Doc. Ing. Daniela Kuchárová, PhD. Priebeh vnútorných síl na prostom nosníku a na konzole od jednotlivých typov

Motivácia pojmu derivácia

Pilota600mmrez1. N Rd = N Rd = M Rd = V Ed = N Rd = M y M Rd = M y. M Rd = N 0.

RIEŠENIE WHEATSONOVHO MOSTÍKA

Odporníky. 1. Príklad1. TESLA TR

ŠTÁTNY VZDELÁVACÍ PROGRAM

Matematika 2. časť: Funkcia viac premenných Letný semester 2013/2014

Výpočet. grafický návrh

Laboratórna úloha č. 4. Matematické kyvadlo

Objem a povrch rotačného kužeľa

ARMA modely čast 2: moving average modely (MA)

ZADANIE 1_ ÚLOHA 3_Všeobecná rovinná silová sústava ZADANIE 1 _ ÚLOHA 3

Margita Vajsáblová. ρ priemetňa, s smer premietania. Súradnicová sústava (O, x, y, z ) (O a, x a, y a, z a )

ARMA modely čast 2: moving average modely (MA)

Dijagrami: Greda i konzola. Prosta greda. II. Dijagrami unutarnjih sila. 2. Popre nih sila TZ 3. Momenata savijanja My. 1. Uzdužnih sila N. 11.

Život vedca krajší od vysnívaného... s prírodou na hladine α R-P-R

Návrh 1-fázového transformátora

Gramatická indukcia a jej využitie

3 Kinematika hmotného bodu

ELEKTRICKÉ POLE. Elektrický náboj je základná vlastnosť častíc, je viazaný na častice látky a vyjadruje stav elektricky nabitých telies.

2 Základy vektorového počtu

Laboratórna úloha č Výstupná práca fotokatódy, Planckova konštanta

Laboratórna úloha č. 21. Chvenie struny

Prevádzkové hodnotenie budov

Meranie na jednofázovom transformátore

Magnetické pole. Doplnkové materiály k prednáškam z Fyziky II pre EF Dušan PUDIŠ (2011)

Vektorové a skalárne polia

Škola pre mimoriadne nadané deti a Gymnázium. Teória Magnetické pole Stacionárne magnetické pole

15 Magnetické pole Magnetické pole

FYZIKA Charakteristika predmetu Ciele predmetu

6 Gravitačné pole. 6.1 Keplerove zákony

Návrh vzduchotesnosti pre detaily napojení

HASLIM112V, HASLIM123V, HASLIM136V HASLIM112Z, HASLIM123Z, HASLIM136Z HASLIM112S, HASLIM123S, HASLIM136S

Riadenie elektrizačných sústav

Tomáš Madaras Prvočísla

13 Elektrostatické javy v dielektrikách

C. Kontaktný fasádny zatepľovací systém

3. Meranie indukčnosti

6. Magnetické pole. 6.1 Magnetická indukcia

x x x2 n

Transcript:

Laboratórna úloha č. 23 Meranie horizontálnej zložky magnetického poľa Zeme tangentovou buzolou Úloha: Experimentálne určiť lokálnu veľkosť horizontálnej zložky vektora magnetickej indukcie a vektora intenzity magnetického poľa Zeme. Teoretický úvod Voľne otáčavá magnetka, podopretá alebo zavesená vo svojom ťažisku, sa na rôznych miestach povrchu Zeme ustáli v smere sever juh. Toto správanie sa magnetky je svedectvom existencie magnetického poľa Zeme. Naša Zem je v podstate magnet so severným a južným magnetickým pólom, pričom tieto póly nie sú totožné s geografickými pólmi. Magnetická os je od rotačnej osi odklonená, neprechádza stredom Zeme, pričom uhol odklonu sa pomaly mení. Počas dlhodobého vývoja Zeme od jej vzniku, sa smer magnetického poľa už niekoľkokrát preklopil na opačný. Magnetické pole na povrchu Zeme opisujeme obyčajne tromi parametrami. Sú to veľkosť horizontálnej zložky vektora magnetickej indukcie B h, deklinácia ϑ (uhol medzi magnetickým a zemským poludníkom) a inklinácia i (uhol medzi vektorom magnetickej indukcie a lokálnou horizontálnou rovinou). Magnetická indukcia zemského poľa v okolí Bratislavy má v súčasnosti hodnotu B 50 µt (mikrotesla), je odklonený od horizontálnej roviny o uhol i 65 a od geografického poludníka o uhol ϑ 2 smerom na východ. Veľkosť B vektora magnetickej indukcie a veľkosť B h jeho horizontálnej zložky súvisia navzájom vzťahom B h = B cos i. U nás má veľkosť horizontálnej zložky hodnotu okolo 20 µt. (Všetky uvedené údaje sú iba približné a s časom sa menia.) Horizontálnu zložku magnetickej indukcie možno merať využitím prídavných známych magnetických polí, vytvorených permanentným magnetom alebo cievkou, ktorou prechádza elektrický prúd. Druhý prípad predstavuje meranie pomocou tangentovej buzoly. Metóda merania Tangentová buzola sa skladá z cievky s polomerom R s N závitmi, ktorej os je uložená horizontálne a v strede ktorej je umiestnená buzola. Ak cievkou neprechádza elektrický prúd, magnetka buzoly sa ustáli v smere magnetického poludníka Zeme. Pred meraním natočíme cievku tak, aby jej os bola kolmá na tento smer. Ak cievkou začne prechádzať prúd I, magnetka sa od pôvodného smeru odkloní o uhol ϕ, lebo okrem magnetického poľa Zeme na ňu pôsobí aj magnetické pole vytvorené cievkou. Vektor magnetickej indukcie poľa cievky má v jej strede smer osi cievky, teda smer kolmý na rovinu magnetického poludníka. 1

23. Meranie horizontálnej zložky magnetického poľa Zeme tangentovou buzolou 2 Obr. 1: Tangentová buzola. Pri vhodnej konštrukcii cievky (závity navinuté tesne pri sebe) má vektor magnetickej indukcie v jej strede veľkosť B C = µ 0NI (1) 2R Výsledná magnetická indukcia v strede cievky sa rovná vektorovému súčtu indukcie zemského magnetického poľa a indukcie poľa cievky. Pohyb magnetky buzoly vzhľadom na jej konštrukciu ovplyvňuje iba horizontálna zložka B 1 výsledného poľa. Tá je vektorovým súčtom horizontálnej zložky B h zemského poľa a vektora B C poľa vytvoreného cievkou: B 1 = B h + B C (2) Magnetka sa ustáli v smere vektora B 1. Ako je zrejmé z obrázku 2, pre uhlovú odchýlku ϕ magnetky potom platí: tg ϕ = B C = µ 0NI (3) B h 2RB h Aparatúra a postup práce Prístroje zapojíme podľa schémy na obr. 3. Odmeriame odchýlky ϕ magnetky pri rôzos cievky c) a) b) Obr. 2: Znázornenie princípu experimentu.

23. Meranie horizontálnej zložky magnetického poľa Zeme tangentovou buzolou 3 V A R P cievka Obr. 3: Schéma zapojenia: V vypínač, A ampérmeter, R reostat, P komutačný prepínač nych hodnotách elektrického prúdu prechádzajúceho cievkou tangentovej buzoly, vždy pri obidvoch smeroch prúdu. Namerané hodnoty zapisujeme do tabuľky v protokole. Odporúča sa merať pri 10 rôznych hodnotách prúdu tak, aby absolútna hodnota uhla ϕ nepresiahla 60 : ϕ 60. Merania vyhodnotíme s použitím vzťahu (3), podľa ktorého tg ϕ lineárne závisí od prúdu I prechádzajúceho cievkou. Túto lineárnu závislosť si overíme zostrojením grafu, do ktorého vynášame namerané body (I, tg ϕ). Z grafu získame smernicu k lineárnej závislosti tg ϕ = ki, pre ktorú zo vzťahu (3) vyplýva: kde tg ϕ = µ 0NI 2RB h ki (4) k = µ 0N 2RB h (5) Odtiaľ pre veľkosť horizontálnej zložky vektora magnetickej indukcie dostaneme výsledný vzťah B h = µ 0N (6) 2Rk do ktorého okrem získanej smernice dosadíme aj počet závitov cievky N a jej polomer R. Permeabilita vákua µ 0 = 4π. 10 7 H/m. Veľkosť horizontálnej zložky vektora intenzity magnetického poľa Zeme získame využitím všeobecného vzťahu, ktorý platí medzi vektorom intenzity magnetického poľa a vektorom magnetickej indukcie (vo vákuu a prakticky aj vo vzduchu): B = µ 0 H. Pre veľkosť horizontálnej zložky potom platí vzťah Inštrukcie pre zostrojenie grafu H h = B h µ 0 (7) K protokolu pripojte graf závislosti tg ϕ od prúdu I. Graf nakreslite ručne na milimetrový papier. Namerané hodnoty zaznačte napr. krížikmi. Pravítkom preložte priamku tak, aby prechádzala počiatkom a pomedzi namerané body v súlade so smernicou k získanou z lineárnej regresie. Do grafu zapíšte modelovú rovnicu tg ϕ = ki, ďalej hodnotu k (aj

23. Meranie horizontálnej zložky magnetického poľa Zeme tangentovou buzolou 4 s jednotkami a na aspoň 4 platné číslice) vypočítanú lineárnou regresiou a štvorec koeficientu 1 determinovanosti R det. Hodnotu R 2 det uvádzajte na toľko desatinných miest, aby posledné dve číslice boli odlišné od cifry 9. Presnosť merania Na výpočet horizontálnej zložky magnetickej indukcie zemského poľa pri meraní pomocou tangentovej buzoly sa používa vzťah (6), ktorý prepíšeme do tvaru B h = µ 0N 1 1 (8) 2 R k Smerodajné odchýlka výsledku merania teda závisí od neistoty R určenia polomeru R závitov cievky a od neistoty stanovenia smernice k lineárnej závislosti tg ϕ = ki. Horizontálna zložka B h je tu vyjadrená prostredníctvom súčinu (1/R)(1/k). Z pravidla pre skladanie smerodajných odchýlok, resp. neistôt sa pre závislosť tohto typu dá odvodiť jednoduché vyjadrenie dávajúce do súvisu relatívne neistoty a odchýlky R/R, s k /k a s Bh /B h : ( ) 2 ( ) 2 sbh R ( sk ) 2 = + (9) R k B h Hodnotu R odhadneme zohľadnením hrúbky drôtu a/alebo presnosti bežných meradiel. Tiež potrebujeme smerodajnú odchýlku s k smernice k. Jej odhad získame napr. štandardným výpočtom podľa vzťahu uvedeného v samostatnom dokumente. Alternatívne môžme postupovať podľa krokov uvedených nižšie. Potom pomocou známych hodnôt R, R, k a s k a vzťahu (9) vypočítame smerodajnú odchýlku s Bh nášho hlavného výsledku. Alternatívny odhad smerodajnej odchýlky smernice môžme urobiť s využitím vyjadrenia k = tg ϕ/i, podľa ktorého s k závisí od neistoty ϕ odčítania uhla ϕ a od neistoty I hodnoty prúdu I. Na určenie relatívnej smerodajnej odchýlky smernice teda použijeme vzťah ( sk k ) ( ) 2 2 (tg ϕ) = + tg ϕ ( ) 2 I (10) Hodnotu I odhadneme z vlastností alebo údajov použitého prístroja. Hodnote funkcie tg ϕ priradíme smerodajnú odchýlku s tg ϕ, ktorú budeme používať v zmysle odhadu neistoty (tg ϕ). Pri výpočte smerodajnej odchýky hodnoty funkcie tg ϕ najprv stanovíme, s akou neistotou ϕ (v radiánoch) dokážeme odčítať uhol na stupnici buzoly. Na základe toho určíme relatívnu smerodajnú odchýlku s tg ϕ / tg ϕ týmto postupom: ak y = tg ϕ, potom teda I dy dϕ = 1 cos ϕ 2 = s tg ϕ = ϕ cos ϕ 2 (11) s tg ϕ tg ϕ = ϕ cos ϕ 2 tg ϕ = 2 ϕ sin 2ϕ (tg ϕ) tg ϕ Za uhol ϕ môžeme dosadiť strednú hodnotu z intervalu nameraných hodnôt (cca π/6) a výsledky postupne dosadíme do vzťahov (10) a (9). (12) 1 Symbol R v rukopise zodpovedá veľkému písanému R.

Meno: Krúžok: Dátum merania: Protokol laboratórnej úlohy č. 23 Meranie horizontálnej zložky magnetického poľa Zeme tangentovou buzolou Stručný opis metódy merania Vzťahy, ktoré sa používajú pri meraní Prístroje a pomôcky 1

23. Meranie horizontálnej zložky magnetického poľa Zeme tangentovou buzolou 2 Záznam merania, výpočty a výsledky Počet závitov cievky N = Polomer cievky R = Neistota hodnoty polomeru R = Neistota hodnôt prúdu I = Neistota hodnôt uhla ϕ = j I (ma) ϕ ϕ + ϕ = ϕ + ϕ + 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Výpočet indukcie B h s uvedením hodnôt a rozmerov veličín, bez zaokrúhlenia: B h = µ 0N 2Rk = Výpočet intenzity H h s uvedením hodnôt a rozmerov veličín, bez zaokrúhlenia: H h = B h = N µ 0 2Rk = tg ϕ Prehľad hlavných výsledkov po zaokrúhlení: Smernica závislosti tg ϕ od I k = Smerodajná odchýlka smernice s k = Zistená hodnota magnetickej indukcie B h = Smerodajná odchýlka výsledku s Bh = Intenzita H h =

23. Meranie horizontálnej zložky magnetického poľa Zeme tangentovou buzolou 3 Prílohy graf závislosti tangensu výchylky magnetky od prúdu prechádzajúceho cievkou Zhodnotenie výsledkov Dátum odovzdania protokolu: Podpis študenta: Hodnotenie a podpis učiteľa: