Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 5590
2017-12-05 
Как в условиях школьного физического кабинета измерить индукцию магнитного поля Земли? Предложите несколько вариантов.
Решение:
Используем действие магнитного поля на проводник с током.
$d \vec{F} = I \cdot [ d \vec{l} \cdot \vec{B} ]$
Берутся чувствительные весы, длинный проводник с малым удельным сопротивлением и мощный источник света.
Проводник подключают к источнику, предварительно положив его на весы, перпендикулярно направлению стрелки компаса. Учитывая направление магнитного поля Земли ( от севера к югу), пустим ток по проводнику в таком направлении, что вектор $[d \vec{l} \cdot \vec{B}]$ был направлен в Землю. Пускаем ток большой силы. Замеряем силу, которую показывают весы. Это сумма $P_{0}$ силы тяжести и силы Ампера , т.е. $P_{0} = mg + IlB$. Тогда: $B = \frac{P_{0} - mg}{Il}$, силу тока можно измерить амперметром.
При втором способе потребуется двигатель с известным числом оборотов в минуту – частотой, вольтметр, рамка с известной площадью. Рамку прикрепляют к оси двигателя так, чтобы плоскость вращения рамки была перпендикулярна линиям индукции поля Земли. Запускаем двигатель, и с рамки, с помощью вольтметра и соответствующих приспособлений снимаем напряжение $U$. Согласно закону индукции:
$\mathcal{E} = | \Phi^{ \prime}|$.
Так как $\Phi = BS \sin \omega t$, то имеем:
$| \Phi^{ \prime} | = \omega BS | \cos \omega t |$.
Замеряем среднее значение $U$, и усредняем $| \Phi^{ \prime}|$.
Так как: $\langle \cos^{2} \omega t \rangle = \frac{1}{2}$, то в первом приближении можно положить, что:
$\langle | \cos \omega t | \rangle = \frac{1}{ \sqrt{2}}$.
Значит: $\langle | \Phi^{ \prime} | \rangle = \frac{BS \omega}{ \sqrt{2}}$.
По закону Ома имеем:
$I = \frac{ \mathcal{E}}{R} \Rightarrow \mathcal{E} = IR = U$.
т.е. вольтметр покажет $\mathcal{E}$. Тогда:
$U = \frac{BS \omega }{ \sqrt{2}} \Rightarrow B = \frac{U \sqrt{2}}{S \omega}$.
Как в условиях школьного физического кабинета измерить индукцию магнитного поля Земли? Предложите несколько вариантов.
Решение:
Используем действие магнитного поля на проводник с током.
$d \vec{F} = I \cdot [ d \vec{l} \cdot \vec{B} ]$
Берутся чувствительные весы, длинный проводник с малым удельным сопротивлением и мощный источник света.
Проводник подключают к источнику, предварительно положив его на весы, перпендикулярно направлению стрелки компаса. Учитывая направление магнитного поля Земли ( от севера к югу), пустим ток по проводнику в таком направлении, что вектор $[d \vec{l} \cdot \vec{B}]$ был направлен в Землю. Пускаем ток большой силы. Замеряем силу, которую показывают весы. Это сумма $P_{0}$ силы тяжести и силы Ампера , т.е. $P_{0} = mg + IlB$. Тогда: $B = \frac{P_{0} - mg}{Il}$, силу тока можно измерить амперметром.
При втором способе потребуется двигатель с известным числом оборотов в минуту – частотой, вольтметр, рамка с известной площадью. Рамку прикрепляют к оси двигателя так, чтобы плоскость вращения рамки была перпендикулярна линиям индукции поля Земли. Запускаем двигатель, и с рамки, с помощью вольтметра и соответствующих приспособлений снимаем напряжение $U$. Согласно закону индукции:
$\mathcal{E} = | \Phi^{ \prime}|$.
Так как $\Phi = BS \sin \omega t$, то имеем:
$| \Phi^{ \prime} | = \omega BS | \cos \omega t |$.
Замеряем среднее значение $U$, и усредняем $| \Phi^{ \prime}|$.
Так как: $\langle \cos^{2} \omega t \rangle = \frac{1}{2}$, то в первом приближении можно положить, что:
$\langle | \cos \omega t | \rangle = \frac{1}{ \sqrt{2}}$.
Значит: $\langle | \Phi^{ \prime} | \rangle = \frac{BS \omega}{ \sqrt{2}}$.
По закону Ома имеем:
$I = \frac{ \mathcal{E}}{R} \Rightarrow \mathcal{E} = IR = U$.
т.е. вольтметр покажет $\mathcal{E}$. Тогда:
$U = \frac{BS \omega }{ \sqrt{2}} \Rightarrow B = \frac{U \sqrt{2}}{S \omega}$.
