Інформація для викладачів
Опис
Лінії магнітного поля землі
Магнітні поля завжди мають напрямок: Є північний і південний полюси. Поле з півночі на південь визначається як позитивне, а з півдня на північ - як негативне.
Напевно, найважливішим магнітним полем для нас, людей, є магнітне поле Землі. З одного боку, воно забезпечує нам захист, а з іншого боку, протягом століть використовується для навігації за допомогою компаса. Однак магнітний північний полюс не збігається з географічним північним полюсом Землі. Магнітні полюси Землі рухаються і не є повністю статичними. Крім того, напрямок силових ліній магнітного поля різниться в кожній точці земної поверхні.
Додаткова інформація для викладачів (1/2)
попередні знання
Студенти мають бути знайомі з одиницями вимірювання магнітного поля і знати, що існує геомагнітне поле.
Принцип
Магнітне поле визначається як позитивне від північного полюса до південного і негативне від південного полюса до північного. Напрямок магнітних полів можна визначити за допомогою компаса. Для кількісного визначення густини магнітного потоку зазвичай використовують датчики магнітного поля (зонди Холла).
Додаткова інформація для викладачів (2/2)
Мета навчання
У цьому експерименті визначається напрямок магнітного поля і величина напруженості (індукції) магнітного поля Землі. Мета експерименту полягає в тому, щоб зрозуміти, які засоби можна використовувати для кількісного визначення цих двох величин.
Завдання
Студенти вимірюють магнітне поле Землі. Щоб кількісно визначити напруженість (індукцію) магнітного поля, спочатку визначається напрямок магнітного поля. Це особливо корисно під час обчислення векторів у тривимірному просторі.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для студентів
Мотивація
Компас для навігації
Як відомо, компас завжди показує напрямок північ-південь, саме тому з його допомогою можна орієнтуватися на місцевості. Але насправді цей напрямок не повністю відповідає географічному напрямку північ-південь.
Усі магнітні поля завжди мають північний і південний полюс. Це стосується як постійних магнітів, так і магнітного поля Землі. Напруженість магнітного поля залежить від місця розташування і визначається так званою густиною магнітного потоку у відповідному місці.
У цьому експерименті Ви навчитеся визначати напрямок і величину індукції (напруженості) магнітного поля Землі.
Завдання
Визначте напрямок і величину індукції (напруженості) магнітного поля Землі. Виміряйте напруженість магнітного поля у двох різних напрямках.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Cobra SMARTsense 3-Axis Magnetic field - Датчик для вимірювання магнітного поля по 3 осях ±130 мТл / ±5 мТл (Bluetooth + USB) | 12947-00 | 1 |
| 2 | measureAPP - безкоштовне програмне забезпечення для вимірювання для всіх кінцевих пристроїв | 14581-61 | 1 |
Додаткові матеріали
| № | Матеріал | Кількість |
|---|---|---|
| 1 | Аркуш паперу | A4 |
| 2 | Клейка стрічка (скотч) |
Підготовка (1/2)
Для вимірювання за допомогою датчиків Cobra SMARTsense необхідне додаток PHYWE measureAPP. Цей застосунок можна безкоштовно завантажити з відповідного магазину додатків (QR-коди дивіться нижче). Перед запуском додатка, будь ласка переконайтеся, що на Вашому пристрої (смартфоні, планшеті, персональному комп'ютері) активовано Bluetooth.
iOS
Android
Windows
Підготовка (2/2)
Аркуш паперу, закріплений на столі клейкою стрічкою (скотчем)
Закріпіть на столі аркуш паперу за допомогою клейкої стрічки (скотча).
Запустіть застосунок measureAPP на планшеті та увімкніть датчик Cobra SMARTsense - Магнітне поле (Cobra SMARTsense magnetic field) (утримуйте кнопку вводу/виводу приблизно 3 секунди).
Виберіть датчик у застосунку measureAPP і підключіть його до програми. Необхідно виконати такі налаштування:
- Точний діапазон вимірювання (- 5 мТл ... + 5 мТл)
- 1 вимірювальний канал: Х-напрямок
- Частота вимірювання: 200 Гц
Виконання роботи (1/3)
Стрілка, що вказує напрямок, у якому магнітне поле є найбільшим.
- Почніть вимірювання і поверніть датчик на столі по колу (один повний оберт).
- Намалюйте на аркуші паперу стрілку в напрямку, де магнітне поле є найсильнішим.
Тепер відкалібруйте датчик магнітного поля. Для цього покладіть датчик магнітного поля на стіл і поверніть його один раз повністю по колу в одному напрямку. Потім розташуйте його в напрямку середнього значення магнітного поля і встановіть це значення на нуль в налаштуваннях датчика в measureAPP (калібрування). Тепер датчик відкалібрований без додаткових магнітних полів.
Виконання роботи (2/3)
Вимірювання магнітного поля Землі в горизонтальній площині
- Почніть нове вимірювання, знову поверніть датчик у горизонтальній площині та запишіть максимальне і мінімальне значення в Протокол.
- Проведіть горизонтальну лінію через максимум/мінімум виміряних даних.
Виконання роботи (3/3)
- Помістіть датчик магнітного поля перпендикулярно стрілці:
- Тепер поверніть датчик магнітного поля у вертикальній площині.
- Помістіть датчик магнітного поля паралельно стрілці:
- Знову поверніть датчик магнітного поля у вертикальній площині.
- Запишіть максимальне та мінімальне значення для обох вимірювань у Протокол.
Протокол
Завдання 1
горизонтально: Мінімум: В [мТ]:
1. Вимірювання (горизонтальне)
Мінімум
Максимум
по горизонталі: максимум: В [мТ]:
по горизонталі: Дельта Б [мТ]:
Введіть виміряні мінімальне і максимальне значення по горизонтальній площині.
Розрахуйте різницю цих величин: .
Завдання 2
Вертикальний хрест: Мінімум: B [mT]:
2. Вимірювання (вертикал.-перпенд.)
Мінімум
Максимум
вертикальний хрест: максимум: В [мТ]:
вертикальний хрест: Дельта Б [мТ]:
вертикально паралельно: Мінімум: B [mT]:
3. Вимірювання (вертикально-паралел.)
Мінімум
Максимум
вертикально паралельно: максимум: B [mT]:
вертикально паралельно: Дельта В [мТ]:
Введіть виміряні мінімальне і максимальне значення по вертикальній площині.
Розрахуйте різницю цих величин:.
Завдання 3
Вставте слова в пробіли. Магнітне поле має ____. Є північний і південний полюси. Поле від північного до південного полюса визначається як ____, а від південного до північного полюса як ____.
Завдання 4
Питання
Завдання 5
Питання