Remote-LAB GymKT

Pracovní úkol a postup měření

Pracovní úkol:

1. Proměřte závislost úhlu vychýlení kompasu v magnetickém poli Země na velikosti procházejícího elektrického proudu přes Helmholtzovy cívky (resp. na magnetickém poli generovaným Helmholtzovými cívkami). Získanou závislost vyneste do grafu.

2. Určete přibližnou (orientační) hodnotu zemského magnetismu z elektrického proudu (magnetismu Helmholtzových cívek), při které je výchylka střelky kompasu 45°.

3. Přepočítejte závislost získanou v bodě 1. na závislost funkce tangens úhlu odchýlení střelky kompasu (tg φ) na budícím proudu Helmholtzových cívek. Horizontální složku magnetického pole Země B_H určete z této závislosti.

Postup měření

1. Spustíme vzdálený experiment NICoL.

2. Pomocí řídicích prvků postupně nastavujeme různé hodnoty elektrického proudu do Helmholtzových cívek.

3. Pro různé hodnoty elektrického proudu odečítáme výchylku střelky kompasu a zapisujeme naměřené hodnoty do tabulky.¹⁾

4. Nastavíme velikost elektrického proudu tak, aby byla výchylka 45°. Hodnotu proudu a příslušného úhlu uložte do tabulky.

5. Po naměření potřebného počtu dat, experimentální hodnoty uložíme na disk svého PC a vzdálenou úlohu ukončíme.

6. Otevřeme získaný soubor v tabulkovém kalkulátoru (MS Excel, Oo Calc, Kingsoft Spreadsheets…).

7. V tabulkovém kalkulátoru sestrojíme graf závislosti úhlu výchylky střelky kompasu na velikosti elektrického proudu cívkami.

8. Tvar závislosti by se měl podobat funkci arctg().

9. Hodnoty elektrického proudu přepočítáme na hodnotu magnetické indukce generované Helmholtzovými cívkami, dle dříve uvedeného vzorce (2):

10. Dle dříve uvedeného vzorce (1) víme, že hodnota magnetické indukce horizontální složky zemského magnetismu B_H je určena podílem hodnoty magnetické indukce B Helmholtzových cívek a funkce tangens úhlu vychýlení střelky kompasu (tg φ). Z takto získaných dílčích hodnot magnetické indukce B_H určíme výslednou průměrnou hodnotu a její odchylku.

11. Další způsob získání hledané hodnoty magnetické indukce horizontální složky zemského magnetismu B_H je využití lineární regrese v tabulkovém kalkulátoru. Závislost hodnot funkce tangens úhlu vychýlení střelky kompasu (tg φ) na budícím proudu Helmholtzových cívek vykazuje lineární závislost (y = a·x + b). Proložíme-li graf této závislosti lineární regresí se zobrazenými koeficienty regrese, nejen ověříme tento fakt, ale především získáme hledané regresní koeficienty a, resp. b.²⁾

12. Hodnota lineárního koeficientu a v rovnici regrese úzce souvisí s hledanou hodnotou magnetické indukce horizontální složky zemského magnetismu B_H.

13. Uvědomíme-li si, že (viz kap. Aparatura → Měření - platné vztahy):

14. Srovnáme určenou hodnotu B_H s hodnotou magnetického pole, při kterém došlo k vychýlení magnetické střelky o 45°. Obě hodnoty by se v mezích odchylky měly shodovat s hodnotou magnetické indukce odpovídající ČR.