Jan Perný 05.09.2006. využíváme při orientaci pomocí kompasu. Drobná odchylka mezi severním



Podobné dokumenty
LABORATORNÍ CVIČENÍ Elektrotechnika a elektronika

4. Magnetické pole Fyzikální podstata magnetismu. je silové pole, které vzniká v důsledku pohybu elektrických nábojů

LABORATORNÍ CVIČENÍ Elektrotechnika a elektronika

Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická Božetěchova 3, Olomouc Laboratoře elektrotechnických měření

1. ÚVOD 2. MAGNETOMETRY 2.1. PRINCIP MAGNETOMETRŮ 2009/

INFORMACE NRL č. 12/2002 Magnetická pole v okolí vodičů protékaných elektrickým proudem s frekvencí 50 Hz. I. Úvod

6 NÁVRH A EXPERIMENTÁLNÍ OVĚŘENÍ ELEKTROMAGNETICKÉHO AKTUÁTORU. František MACH

Úloha č.: XVII Název: Zeemanův jev Vypracoval: Michal Bareš dne Posuzoval:... dne... výsledek klasifikace...

MĚŘENÍ HYSTEREZNÍ SMYČKY TRANSFORMÁTORU

Úloha I.E... nabitá brambora

Název: Chování cívky v obvodu, vlastní indukce, indukčnost

5. ELEKTRICKÁ MĚŘENÍ

Ele 1 elektromagnetická indukce, střídavý proud, základní veličiny, RLC v obvodu střídavého proudu

11. Odporový snímač teploty, měřicí systém a bezkontaktní teploměr

Účinky elektrického proudu. vzorová úloha (SŠ)

MĚŘENÍ HYSTEREZNÍ SMYČKY TRANSFORMÁTORU

Pokud není uvedeno jinak, uvedený materiál je z vlastních zdrojů autora

Laboratorní práce č. 1: Regulace proudu a napětí

ÚSTAV AUTOMATIZACE A MĚŘICÍ TECHNIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně

SNÍMAČE POLOHY. Odporové snímače polohy spojité

Měření horizontálních a vertikálních úhlů Úhloměrné přístroje a jejich konstrukce Horizontace a centrace Přesnost a chyby v měření úhlů.

plynu, Měření Poissonovy konstanty vzduchu

MAGNETICKÉ POLE CÍVEK V HELMHOLTZOVĚ USPOŘÁDÁNÍ

Geodetické polohové a výškové vytyčovací práce

STACIONÁRNÍ MAGNETICKÉ POLE POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Obrázek 1: Schema čtyřbodového zapojení (převzato z [1]) 2. Změřte odpor šesti drátů Wheatstoneovým a Thomsonovým můstkem Metra - MTW.

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Charakteristiky termistoru. stud. skup.

Pavel Dědourek. 28. dubna 2006

Fyzikální praktikum...

Vyzařování černého tělesa, termoelektrický jev, závislost odporu na teplotě.

Zařízení pro obloukové svařování kontrola a zkoušení svařovacích zařízení v provozu ČSN EN

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

Teoretické úlohy celostátního kola 53. ročníku FO

9. MĚŘENÍ TEPELNÉ VODIVOSTI

1. Změřte statickou charakteristiku termistoru pro proudy do 25 ma a graficky ji znázorněte.

9. MĚŘENÍ SÍLY TENZOMETRICKÝM MŮSTKEM

VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V KOVECH

KINAX WT 711 Programovatelný převodník úhlu otočení

I Mechanika a molekulová fyzika

Experimentální metody EVF II.: Mikrovlnná

Fyzikální praktikum Závislost indexu lomu skla na vlnové délce. Refraktometr

ZRYCHLENÍ KMITAVÉHO POHYBU

Název: Měření magnetického pole solenoidu

Obr.94. Tečná reakce T r musí být menší nebo rovna třecí síle F t

Úloha 1 Multimetr. 9. Snižte napájecí napětí na 0V (otočením ovládacího knoflíku výstupního napětí zcela doleva).

NETYPICKÉ VYUŽITÍ INDUKČNÍHO VAŘIČE

Měření elektrického proudu

2. Pasivní snímače. 2.1 Odporové snímače

Voltův článek, ampérmetr, voltmetr, ohmmetr

Osciloskopické sondy.

Konstrukce voltmetru a ampérmetru

OPERAČNÍ ZESILOVAČE. Teoretický základ

1. Úvod, odhad nejistot měření, chyba metody. 2. Přístroje pro měření proudu, napětí a výkonu - přehled; měřicí zesilovače;

Rezonanční elektromotor

Netradiční měřicí přístroje 4

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE

3.2. Elektrický proud v kovových vodičích

ELEKTROSTATICKÉ POLE V LÁTKÁCH

FERITOVÁ JÁDRA E FONOX H21

Obsah. 1. Úvod Teoretická část Příprava učitele na vyučování Struktura vyučovací hodiny..13


Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. Fyzikální praktikum 2

6. Senzory elektrického proudu. Měření výkonu.

PROTOKOL. č. C2858c. Masarykova univerzita PF Ústav chemie Chemie konzervování a restaurování 1 POPIS PRAKTICKÉHO CVIČENÍ. 1.

2. Mechanika - kinematika

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

REE 11/12Z - Elektromechanická přeměna energie. Stud. skupina: 2E/95 Hodnocení: FSI, ÚMTMB - ÚSTAV MECHANIKY TĚLES, MECHATRONIKY A BIOMECHANIKY

MĚŘENÍ NAPĚTÍ A PROUDŮ VE STEJNOSMĚRNÝCH OBVODECH.

stránka 101 Obr. 5-12c Obr. 5-12d Obr. 5-12e

5. Magnetické senzory Magnetická měření Napěťový a proudový transformátor Bezkontaktní senzory el. proudu

Princip magnetického záznamuznamu

Struktura a vlastnosti materiálů

Elektrotechnická měření - 2. ročník

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE

podíl permeability daného materiálu a permeability vakua (4π10-7 )

Měření kapacity Opakování kapacita C (farad F) kapacita deskového kondenzátoru

Laboratorní úloha č. 1 Základní elektrická měření

Elektromagnetismus 163

[ db ; - ] Obrázek č. 1: FPCH obecného zesilovače

1 Přesnost měření efektivní hodnoty různými typy přístrojů

CZ.1.07/1.1.08/

Západočeská univerzita v Plzni. Fakulta aplikovaných věd

ELEKTROMOTOR. Marek Vlček. Gymnázium Botičská. Botičská 1, Praha 2

Martin Lipinský A Fyzikální Praktikum Měření proudu a napětí v obvodech elektrického proudu

Napětí Jm. výkon Jm. otáčky Jm. moment 6 V 9 V 12 V 24 V 12 V 24 V 12 V 24 V 12 V 24 V 12 V 24 V 12 V 24 V 12 V 24 V 12 V 24 V 12 V 24 V 12 V 24 V

Fyzikální praktikum pro nefyzikální obory. Úloha č. 10: Magnetizmus

FYZIKA na LF MU cvičná. 1. Který z následujících souborů jednotek neobsahuje jen základní nebo odvozené jednotky soustavy SI?

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ MĚŘENÍ VODIVOSTI KAPALIN BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Základy elektrotechniky

Elektřina a magnetismus úlohy na porozumění

1. Určete proud procházející vodičem, jestliže za jednu minutu prošel jeho průřezem náboj a) 150 C, b) 30 C.

6. Střídavý proud Sinusových průběh

Abstrakt: Úloha seznamuje studenty se základními pojmy geometrické optiky

Základní pojmy. T = ϑ + 273,15 [K], [ C] Definice teploty:

KOMBINATORIKA, PRAVDĚPODOBNOST, STATISTIKA. Charakteristiky variability. Mgr. Jakub Němec. VY_32_INOVACE_M4r0120

Fyzikální praktikum 1

3.4 Ověření Thomsonova vztahu sériový obvod RLC

10a. Měření rozptylového magnetického pole transformátoru s toroidním jádrem a jádrem EI

Rychlostní a objemové snímače průtoku tekutin

Možnosti potlačení asymetrické EMI v pásmu jednotek až desítek MHz

Transkript:

Měření magnetického pole Země Jan Perný 05.09.2006 www.pernik.borec.cz 1 Úvod Že planeta Země má magnetické pole, je známá věc. Běžně této skutečnosti využíváme při orientaci pomocí kompasu. Drobná odchylka mezi severním zeměpisným pólem a severním magnetickým pólem nám příliš nevadí. Této odchylce se říká magnetická deklinace a odchylce od vodorovného směru inlinace. Jak silné ovšem toto pole je? 2 Teorie Magnetické pole Země je velice slabé a velmi obtížně jej lze měřit běžnými prostředky pro měření magnetických polí - měřící cívkou či Hallovou sondou. 1

Jistým řešením je Feromagnetická sonda 1 [1], ale tu nemá k doma každý. Zajímavý způsob měření jsem náhodou objevil v [2]. Střelka kompasu má vždy směr tečný k magnetické siločáře tedy směr vektoru magnetické indukce. Pokud se směr vektoru změní, natočí se i střelka kompasu a na tom stojí i metoda měření pomocí Tangentové buzoly. Výsledný vektor magnetické indukce je složen z původního měřeného vektoru B z neznámé velikosti a pomocného vektoru B p známé velikosti. Pro jednoduchost mějme oba vektory na sebe kolmé jako na obrázku 1. Pro úhel α platí zřejmě Obr. 1: Skládání vektorů tan α = B p B z. (1) Pro dlouhou válcovou cívku platí, že pole v ní je homogenní, vektor magnetické indukce je kolmý na závity cívky a jeho velikost je B p = µ N I, (2) l kde µ je permeabilita výplně cívky, N je počet závitů cívky, l je délka cívky a I je protékající proud. 1 Fluxgate senzor 2

Pokud do cívky umístíme kompas a cívku natočíme osou kolmo na směr udaný střelkou kompasu, můžeme pro úhel, o který se pootočí střelka kompasu po zapnutí proudu cívkou, psát: A po úpravě dostáváme vztah tan α = µ N I B z l. (3) B z = µ N I tan α l, (4) který použijeme pro určení velikosti vektoru magnetické indukce magnetického pole Země 2. 3 Pracovní postup 3.1 Výroba cívky Cívku jsem vyrobil z polyetylénové lahve po lampovém oleji, ale lze použít jakoukoliv jinou průhlednou láhev s hladkým povrchem, který je nutný k rovnoměrnému navinutí závitů cívky. Z láhve jsem uřízl hrdlo pro snadné vložení kompasu do cívky, ale nechal jsem dno, aby cívka držela tvar. Na zvolenou délku l = 7, 5cm jsem navinul N = 25 závitů měděného drátu. Do středu cívky jsem na dřevěnou podložku umístil kompas a cívku podle něho zorientoval osa cívky je rovnoběžná se směrem východ západ. 3.2 Vlastní měření Sestavil jsem obvod podle obrázku 2. Odporová dekáda R 1 slouží k regulaci proudu, který je měřen pomocí ampérmetru. Protože na odporové dekádě lze nastavit i odpor 0Ω, do obvodu jsem zapojil ochranný odpor R 2 = 33Ω, který omezí proud na asi 150mA. Po zapnutí zdroje napětí jsem pomocí odporové dekády měnil proud obvodem do té doby, než se střelka kompasu vychýlila o úhel α = 45. Pak jsem odečetl proud. 2 Pouze horizontální složky, ale s použitím vhodného kompasu by šlo měřit i vertikální složku a obě vektorově sečíst, nebo přímo měřit výsledný vektor. 3

Obr. 2: Schéma zapojení 4 Výpočty Naměřený proud cívkou byl I = 37, 4mA, dosazením do 4 dostáváme B z = µ N I tan α l = 4π 10 7 25 37, 4 10 3 tan 45 7, 5 10 2. = 15, 7µT. (5) Permeabilita vakua je konstanta, počet závitů budeme brát také jako konstantu a tudíž jako přesnou hodnotu relativní chyba je nulová. Kompas má stupnici cejchovanou po 5 a tudíž je jeho absolutní chyba ±2, 5. Tangenta úhlu 45 je rovna 1 3 a chyba, která vznikne zvětšením úhlu o 2, 5 činí 9,13%. Zmenšení úhlu způsobí chybu menší, volíme tedy první, horší, možnost 4. Délku cívky jsem měřil pravítkem s chybou ±1mm čemuž odpovídá relativní chyba 1,33%. U multimetru výrobce udává pro použitý měřící rozsah relativní chybu ±1, 2% údaje + 1 číslice. Při rozsahu 199,9 ma znamená jedna číslice 0,1 199,9 5 10 4, což znamená chybu 0,05%. Protože ve vzorci 4 se vyskytuje jen násobení a dělení, bude výsledná relativní chyba měření prostým součtem dílčích relativních chyb. δ = 0% + 0% + 1, 25% + 9, 13% + 1, 33% = 11, 7% (6) Hlavní část chyby tvoří chyba způsobená malým rozlišením úhlu kompasu. Při cejchování stupnice po 2 klesá relativní chyba tangenty již jen na 3,2%. 3 Proto byla tato hodnota zvolena 4 Mlčky předpokládáme, že v intervalu < 42, 5; 47, 5 > není někde ukryta hodnota, pro kterou je chyba větší. (Ověřil jsem si to.) 4

5 Seznam přístrojů Stabilizovaný zdroj Tesla BK126, V.Č. 1717799 3 1 místný multimetr Avidsen 107113 2 Odporová dekáda Metra XL6, V.Č. 997266 Odpor 33Ω Vyrobená cívka a kompas CHina 5 Propojovací vodiče 6 Závěr Podařilo se mi změřit magnetickou indukci magnetického pole Země v mém pokoji a její velikost činila B z. = (15, 7 ± 1, 8)µT. Relativně velká relativní chyba měření 11,7% je způsobena především malou přesností určení velikosti úhlu a díky tomu měření nevyhovujue laboratorní přesnosti do 5%. Podle [2] by výsledná velikost magnetické indukce v Česku měla být okolo 40µT. Podle [3] a [4] by však výsledek měl být asi poloviční, což je správná hodnota, tedy 20µT. Nelze také vyloučit různé odchylky vlivem různých jevů. Pokoj je umístěn v přízemí a nejsem si vědom žádných blízkých ložisek kovů ani silových vodičů v okolí. Pouze se traduje, že celý kraj je na velkém podzemním jezeře 6. 7 Pozdější poznámky k měření Při pokusech s jinou cívkou se stejnými parametry navinutou na sklenici od zavařeniny jsem naměřil hodnotu 20, 8µT, což je velmi dobrá hodnota. Dále jsem konzultací s odborníkem na magntické pole zjistil toto: Vektor intenzity (nebo mag. indukce) magnetického pole má inklinaci cca 65, 11 (Praha) a tedy hodnoty intenzit jsou u: horizontální složky 15, 7A/m a vertikální složky 33, 6A/m (což odpovídá magnetickým indukcím 19, 72µT a 42, 20µT ). 5 Prodává Čičmonec za 15kč. 6 Jedná se o podzemní vodu vázanou v nějaké hornině. Opravdu je v blízkosti několik vodních zdrojů a přirozených studánek. Obec Svatojanský Újezd (http://www.svatojanskyujezd.cz/) údajně měla být postavena na pěti studánkách. 5

8 Fotografie Obr. 3: Pohled na měřící pracoviště 6

Obr. 4: Vyrobená cívka Literatura [1] BEJČEK, L., ČEJKA, M., REZ, J., GESCHEIDTOVÁ, E., STEINBAUER, M.: Měření v elektrotechnice. Elektronické skriptum VUT FEKT 2002 [2] KARBAN, P., ŠAFÁŘ, D., NOVÁČEK, P., VOTRUBA, S.: Měření horizontální složky magnetické indukce Země. Elektronický dokument 2006, http://home.zcu.cz/ karban/teaching/te2/mag indukce/mag indukce zeme.pdf [3] SVOBODA, E.: Jak jednoduše změřit velikost horizontální složky magnetické indukce magnetického pole Země. Elektronický dokument, http://kdf.mff.cuni.cz/veletrh/sbornik/veletrh 04/04 21 SvobodaE.html [4] ROZMAN, J.: Fyzikální aspekty magnetické pole Země, přednáška předmětu BEKE, 2005/2006, http://www.dbme.feec.vutbr.cz/ubmi/courses/beke/private/beke Mg pole.ppt 7