Fyzika ve 13L

Magnetické pole Země

Při vyšetřování vlastností magnetického pole se soustředíme v hodinách fyziky nejen na magnetické pole permanentních magnetů, vodičů, kterými prochází elektrický proud, nebo cívek, ale také na magnetické pole Země. To je využíváno k navigaci na zemi i na mořích již několik století od doby, kdy si středověcí učenci všimli, že některé nerosty reagují právě na jeho přítomnost. Ačkoliv je magnetické pole Země velmi slabé, postačuje k natočení střelky kompasu, a tedy i následné orientaci na Zemi.

I přes to, že velikost magnetické indukce magnetického pole Země je velmi malá, lze jí poměrně dobře naměřit i ve školních podmínkách s využitím velmi jednoduchých pomůcek. A o to je to měření zajímavější: s minimem pomůcek naměříme důležitou fyzikální charakteristiku, jejíž hodnota jsou řádově statisíciny tesla. Se žáky třídy 13L SPŠST Panská jsme postupovali tak, že jsme nejdříve společně popsali, jak vypadá magnetické pole Země. Poté jsme rozdiskutovali orientaci magnetických indukčních čar magnetického pole Země, tj. uvědomili jsme si, kde je severní magnetický pól Země. Následně jsme zjistili, že nebudeme moci měřit celou velikost magnetické indukce, ale pouze její horizontální složku. Se znalostmi magnetického pole nejjednoduššího typu cívky (tzv. solenoidu) jsme pak domysleli pracovní postup při měření velikosti zmíněné horizontální složky magnetické indukce magnetického pole Země. Kromě cívky jsme potřebovali ještě kompas, ampérmetr, reostat a zdroj napětí.

Sestavení obvodu bylo již snadné. Více pečlivosti bylo nutné věnovat měření úhlu, o který se od severojižního směru vychýlila střelka kompasu umístěného v dutině cívky. I drobné nepřesnosti odečtení tohoto úhlu mohly způsobit velké změny ve vypočtené měřené hodnotě. Příčinou těchto nepřesností je průběh funkce tangens, která se při výpočtu používá. Graf této funkce totiž pro větší úhly velmi strmě narůstá.

Výsledky měření dopadly dle očekávání: i s velmi jednoduchými prostředky (zejména hand-made cívkou, která na první pohled solenoid nepřipomíná) se podařilo naměřit řádově správnou velikost horizontální složky magnetické indukce magnetického pole Země.

Průběh měření je zobrazen na fotografiích.

Autoři fotografií:

Jaroslav Reichl