ЭЛЕМЕНТЫ ЗЕМНОГО МАГНЕТИЗМА - проекции полного вектора напряженности земного магнитного поля Т (см. Поле Земли магнитное) па. оси координат и горизонтальную пл., а также углы склонения и наклонения. Проекция вектора Т на горизонтальную пл. называется горизонтальной составляющей (H) - на вертикальную ось - вертикальной составляющей (Z), на ось X (направленную по географическому меридиану на С) - сев. составляющей (X) и на ось Y (направленную по географической параллели на В) - вост. составляющей (Y). Углом склонения (D) называется угол между географическим меридианом и горизонтальной составляющей H (склонение считается положительным при отклонении H к В). Углом наклонения (I) называется угол между вектором Т и горизонтальной пл. (наклонение считается положительным при отклонении Т вниз) . Напряженность магнитного поля Земли (Т, Н, X, Y, Z) измеряется в эрстедах, миллиэрстедах и гаммах. Углы склонения и наклонения измеряются в градусах. В зависимости от используемой при расчетах системы координат для полной характеристики величины и построения в пространстве вектора Т достаточно 3-х Э. з. м.: в прямоугольной системе координат - X, Y, Z; в цилиндрической - H, Z, D; в сферической - Т, D, I.
Между Э. з. м. существуют следующие соотношения: X = H cos D; Y
= H sin D; Z
= H tg I; Т
= H sec I = Z
cosec I; H 2 = X 2 + Y 2 ; Т 2
= H 2 + Z 2
= X 2 + Y 2 + Z 2 ;
Э.
з. м. не остаются неизмененными во времени, а непрерывно меняют свои значения (см. Вариации магнитные).
Для совр. эпохи на поверхности Земли H изменяется в пределах от 0,4 э на магнитном экваторе (в р-не Зондских островов) до нуля на магнитных полюсах. Z
изменяется от 0,6 э в р-не магнитных полюсов до нуля на магнитном экваторе. Склонение изменяется в пределах от нуля на экваторе до ± 180° (на магнитных и географических полюсах). Наклонение - в пределах от нуля (на экваторе) до ±90° (на магнитных полюсах). В магниторазведке используются Т, Z
и Н,
поскольку напряженность аномального магнитного поля функционально связана с параметрами возмущающих тел. Иногда для характеристики положения аномальной горизонтальной составляющей измеряют также и D.
См. Магниторазведка. Ю. П. Тафеев.
Геологический словарь: в 2-х томах. - М.: Недра . Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др. . 1978 .
Смотреть что такое "ЭЛЕМЕНТЫ ЗЕМНОГО МАГНЕТИЗМА" в других словарях:
КАРТА ЭЛЕМЕНТОВ ЗЕМНОГО МАГНЕТИЗМА - магнитная карта, справочная морская карта с на несенными на нее элементами земного магнетизма, составляется в меркаторской проекции с общей карто графич. основой для всех элементов. Карта предназначена для общего изучения состояния магнитного… … Морской энциклопедический справочник
Геомагнетизм, магнитное поле Земли и околоземного космического пространства; раздел геофизики, изучающий распределение в пространстве и изменения во времени геомагнитного поля, а также связанные с ним геофизические процессы в Земле и… … Большая советская энциклопедия
Магнитное поле Земли, существование которого обусловлено действием постоянных источников, расположенных внутри Земли (см. Гидромагнитное динамо) и создающих основной компонент поля (99%), а также переменных источников (электрических токов) в… … Энциклопедический словарь
1976 года. Содержание … Википедия
Прибор для измерения магнитного поля Земли в воздухе. Устанавливается на самолете или вертолете, может входить в состав аэрогеофизической станции. Чаще всего в воздухе измеряется полный вектор напряженности земного магнитного поля Т или его… … Геологическая энциклопедия
Географические исследования Российской империи и развитие географической науки в России. Первые географические сведения о пространстве, составляющем в настоящее время Российскую империю, мы находим у иностранных писателей. Иностранцы были и… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
- (Magnetic charts) карты, на которых указывается величина склонения в виде линий равных склонений или другие элементы земного магнетизма. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 … Морской словарь
Магн. поле Земли, существование к рого обусловлено действием пост. источников, расположенных внутри Земли (см. Гидромагнитное динамо) и создающих осн. компонент поля (99%), а также переменных источников (электрич. токов) в магнитосфере и… … Естествознание. Энциклопедический словарь
Наука о магнитном поле Земли. Г. изучает структуру и изменения во времени магнитного поля Земли, происхождение этого поля и способы его измерений. Данные Г. используются во многих науках магниторазведке, геодезии, палеомагнетизме. Син.: магнетизм … Геологическая энциклопедия
Линии, соединяющие на географической карте точки с одинаковыми значениями магнитного склонения. Положение их на магнитных картах относится к определенной эпохе. См. Элементы земного магнетизма. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под… … Геологическая энциклопедия
Книги
- Земной магнетизм , Тарасов Л.В.. В учебно-популярной форме рассказывается о земном магнетизме. Рассматриваются как геомагнитное поле на земной поверхности (элементы земного магнетизма, магнитныекарты, дрейф и инверсия…
В магнитном отношении Земля представляет собой огромный по размерам, но слабый по силе магнит с двумя полюсами.
Магнитные полюсы Земли находятся сравнительно недалеко от географических. Наблюдения показывают, что магнитные полюсы не остаются неподвижными,
а постепенно изменяют свое положение относительно географических полюсов. Так, в 1600 г. северный магнитный полюс находился в 1300 км от географического, а в настоящее время - примерно в 2000 км. Географические координаты магнитных полюсов в 1965 г. составляли: для северного?= 72° N, ? = 96° W, для южного? = 70° S, ? =150° Е.
Считается, что в южном магнитном полюсе сосредоточен положительный магнетизм, а в северном - отрицательный. Пространство вокруг Земли пронизано магнитными силовыми линиями, которые исходят из южного магнитного полюса, огибают весь земной шар и замыкаются на северном (рис)
Магнитное поле Земли в каждой точке характеризуется величиной его напряженности Т
, т. е. силой, которая действует на единицу положительного магнетизма, и направлением этой силы. Вектор Т
направлен по касательной к силовой линии. Поэтому если в некоторой точке А
поместить свободно подвешенную магнитную стрелку, то ее ось расположится в направлении вектора Т
. При этом магнитная стрелка будет наклонена по отношению к плоскости горизонта и отклонена
в сторону от плоскости истинного меридиана.
Вертикальный угол между осью свободно подвешенной магнитной стрелки и горизонтальной плоскостью называется магнитным наклопением I . На магнитных полюсах наклонение максимальное и равно 90°, по мере удаления от полюсов оно уменьшается, например в Мурманске 77°, в Одессе 62° и т. д., пока не достигнет 0°. Совокупность точек на земной поверхности, где магнитное наклонение равно 0, называется магнитным экватором. Магнитный экватор - это неправильная кривая, пересекающая земной экватор в двух точках.
Вертикальная плоскость, проходящая через ось свободно подвешенной магнитной стрелки, называется плоскостью магнитного меридиана. На пересечении с плоскостью истинного горизонта эта плоскость образует линию магнитного меридиана, или просто магнитный меридиан N M -S M.
В общем случае плоскость магнитного меридиана не совпадает с плоскостью истинного меридиана. Угол, на который плоскость магнитного меридиана отклоняется от плоскости истинного меридиана в данной точке земной поверхности, называется магнитным склонением d.
Магнитное склонение отсчитывается в плоскости горизонта от северной части истинного меридиана к Ost или W до северной части магнитного меридиана. При этом, если северная часть магнитного меридиана отклонена от истинного меридиана к Е, то склонению приписывают наименование Е (остовое) или знак «плюс», если к W, то W (вестовое) или знак «минус». (рис)
Величина магнитного склонения в разных точках земной поверхности различна. В большинстве мест мирового судоходства оно колеблется от 0 до 25°, но в высоких широтах, в местах, близких к магнитным полюсам, оно может достигать нескольких десятков градусов, а между одноименными магнитными и географическими полюсами 180°.
Полную силу земного магнетизма Т
можно разложить на горизонтальную Н
и вертикальную Z
составляющие (рис) Горизонтальная составляющая Н
устанавливает магнитную стрелку в плоскости магнитного меридиана и удерживает ее в этом положении. Из формул видно, что на магнитном экваторе, где наклонение I
= 0, горизонтальная составляющая имеет максимальную величину, т. е. Н
- Т, а вертикальная Z
= 0. Поэтому условия для работы магнитного компаса на экваторе и вблизи него наиболее благоприятны. На магнитных полюсах, где I= 90°, Н
= 0, a Z
= Т
, магнитный компас не работает.
Величины Т , I , d , Н и Z называются элементами земного магнетизма, из них важнейшим для навигации является магнитное склонение d .
Принцип работы магнитного компаса основан на свойстве магнитной стрелки устанавливаться по направлению вектора напряженности магнитного поля, в котором она находится.
Землю и околоземное пространство окружает магнитное поле, силовые линии которого выходят из южного магнитного полюса, огибают земной шар и сходятся в северном магнитном полюсе. Магнитные полюса Земли не совпадают с географическими, их положение на 1970 г. определялось приближенно координатами: Северный - φ = = 75°N, λ = 99°W; Южный - φ = 66,5°S; λ = 140°Е. Принято считать, что на Южном магнитном полюсе сосредоточен положительный магнетизм, а на Северном - отрицательный.
Магнитное поле Земли характеризует вектор напряженности Т (полная сила земного магнетизма), который направлен по касательной к магнитным силовым линиям (рис. 9). В общем случае этот вектор составляет некоторый угол I с плоскостью истинного горизонта и не лежит в плоскости истинного меридиана.
Рис. 9. Элементы земного магнетизма
Вертикальная плоскость, проходящая через вектор напряженности магнитного поля Земли в данной точке, называется плоскостью магнитного меридиана. В этой плоскости устанавливается ось свободно подвешенной магнитной стрелки. След от пересечения плоскости магнитного меридиана плоскостью истинного горизонта называется магнитным меридианом.
Угол в плоскости истинного горизонта между истинным меридианом (полуденной линией N - S)и магнитным меридианом называется магнитным склонением (d). Склонение отсчитывается от северной части истинного меридиана к Е или W от 0 до 180°. Восточному (Е) склонению приписывают знак (+), а западному (W) - знак (-).
Угол между плоскостью истинного горизонта И вектором полной силы земного магнетизма называется магнитным наклонением (/). На магнитных полюсах наклонение максимально и равно 90°, а по мере удаления от полюсов уменьшается до нулю. Кривая на земной поверхности, образованная точками, в которых магнитное наклонение равно нулю, называется магнитным экватором.
Вектор напряженности магнитного поля Земли можно разложить на горизонтальную (Н) и вертикальную (Z) составляющие (см. рис. 9). Величины Т, Н, Z и I связаны соотношениями
Горизонтальная составляющая Н направлена по магнитному меридиану и удерживает в нем чувствительный элемент (стрелку, картушку) магнитного компаса. Как видно из (12), максимальное значение Н принимает при I - 0, т.е. на магнитном экваторе, и становится равным нулю на магнитных полюсах. Поэтому в близкополярных районах показания магнитного компаса не надежны, а на магнитных полюсах компас вообще не работает.
Величины d, I, H, Z называются элементами земного магнетизма. Из всех элементов наибольшее значение для судовождения имеет магнитное склонение. Распределение магнетизма на земной поверхности показывают на специальных картах элементов земного магнетизма. Кривыми линиями на карте соединены точки с одинаковыми значениями того или иного элемента. Линия, соединяющая точки с одинаковым значением склонения, называется изогоной. Изолиния нулевого склонения - агона разделяет районы с восточным и западным склонением. Величина магнитного склонения приводится также на морских навигационных картах.
Все элементы земного магнетизма подвержены изменениям по времени - вариациям. Вариации склонения различают вековые, суточные и апериодические.
Вековое изменение - это изменение среднегодовой величины склонения из года в год. Годовое изменение склонения (годовое увеличение или уменьшение) не превышает 15" и показывается на морских картах. Суточные или солнечносуточныевариации склонения имеют период, равный солнечным суткам, по величине незначительны и в судовождении не учитываются. Апериодические изменения или магнитные воз мущения происходят без определенного периода.
Магнитные возмущения большой интенсивности, когда в течение нескольких часов все элементы земного магнетизма резко изменяются, называются магнитными бурями. Возникновение магнитных бурь связано с солнечной активностью и наблюдается по всей земной поверхности. Показания компаса во время магнитных бурь ненадежны - склонение может изменяться на несколько десятков градусов.
В некоторых районах поверхности Земли величины элементов магнетизма, в том числе и склонение, резко отличаются от их значений в окружающей местности. Такое изменение связано со скоплением магнитных пород под поверхностью и называется магнитной аномалией. Районы магнитных аномалий и пределы изменения склонения в них
Рис. 10. Магнитные направления
указываются на морских навигационных картах и в лоциях. Примером аномалий являются магнитные аномалии в Повенецкой бухте Онежского озера и в южной части Ладожского озера. Показания магнитного компаса в районе аномалий использовать затруднительно, а иногда даже опасно.
Для использования в практике данные с карты о величине склонения должны быть приведены к году плавания. С этой целью умножают годовое изменение склонения на число лет, прошедших от года к которому отнесено склонение. Полученной поправкой исправляют склонение, снятое с карты. Необходимо учитывать, что термин «годовое уменьшение» или «годовое увеличение» относится к абсолютной величине склонения.
Если плавание происходит между точками, для которых указано склонение на карте, то производят интерполяцию склонения на глаз, разбивая район плавания на участки, в которых склонение принимают постоянным.
Направления в море, определенные относительно магнитного меридиана, называются магнитными (рис. 10).
Магнитный курс (МК) - угол в плоскости истинного горизонта между северной частью магнитного меридиана и диаметральной плоскостью судна по направлению его движения.
Магнитный пеленг (МП) - угол в плоскости истинного горизонта между северной частью магнитного меридиана и направлением из точки наблюдения на предмет.
Направление, отличающееся на 180° от магнитного пеленга называют обратным магнитным пеленгом (ОМП). Магнитные курсы, и пеленги отсчитываются в круговом счете от 0 до 360°.
Зная величину склонения, можно перейти от магнитных направлений к истинным и обратно. Из рис. 10 видно, что истинные и магнитные направления связаны зависимостями:
(13)
(14)
Формулы (13), (14) - алгебраические, где склонение d может быть величиной положительной и отрицательной.
Для определения и выдерживания курса на ВС используются магнитные курсовые приборы, принцип действия которых основан на использовании магнитного поля Земли. Земля представляет собой большой естественный магнит, вокруг которого существует магнитное поле. Магнитные полюсы Земли не совпадают с географическими. Северные магнитный полюс расположен в северной части Канады, южный – в Антарктиде. Положение магнитных полюсов медленно меняется, магнитное поле Земли в каждой точке характеризуется напряженностью, склонением и наклонением.
Напряженность – это сила, с которой магнитное поле действует в данной точке. Вектор напряженности направлен не по горизонту, а под некоторым углом к нему. Этот угол называется углом магнитного наклонения Θ. На магнитном экваторе наклонение Θ=0 0 , а на магнитных полюсах Θ=90 0 . Если стрелку магнитного компаса установить на точечную опору, то она наклонится вниз относительно плоскости истинного горизонта на угол магнитного наклонения. То есть стрелка устанавливается по направлению вектора . На магнитном экваторе, где Θ=0 0 , стрелка займет горизонтальное, а на магнитном полюсе, где Θ=90 0 , магнитная стрелка займет вертикальное положение.
Для устранения наклона магнитной стрелки в авиационных компасах в северном полушарии утяжеляют южный конец стрелки, а в южном – северный или смещают точку опоры магнитной стрелки. Вектор напряженности магнитного поля Земли можно разложить на горизонтальную составляющую , расположенную в плоскости истинного горизонта, и вертикальной составляющей , направленную к центру Земли.
Величины горизонтальной и вертикальной составляющих зависят от величины угла магнитного наклонения. Вертикальная составляющая =0 на магнитном экваторе и максимальна на магнитных полюсах. Горизонтальная составляющая является направляющей силой магнитной стрелки. Под действием силы стрелка устанавливается вдоль магнитной силовой линии, то есть по направлению север-юг. На магнитном экваторе сила =Max, а на магнитных полюсах равна 0. Поэтому в полярных районах, когда воздействие силы ослабевает, магнитные компасы работают неустойчиво, выдают неточные показания, что ограничивает, а порой исключает возможность их применения.
Компасные направления
Направление горизонтальной составляющей магнитного поля Земли приняли за исходную для отсчета магнитного курса и назвали его магнитным меридианом.
Магнитный меридиан в общем случае не совпадает с истинным (или географическим) и составляет с ним угол, называемый магнитным склонением Δ М. Магнитное склонение измеряется от 0 до ±180 0 и отсчитывается от истинного меридиана к востоку (вправо) со знаком «+», а к западу (влево) – со знаком «-». В зависимости от того, какой из меридианов взят за начало отсчета, различают магнитный и истинный курсы.
Истинный курс – это угол между северным направлением истинного меридиана, проходящего через ВС и продольной осью ВС.
Магнитный курс – это угол между северным направлением магнитного меридиана, проходящего через ВС и продольной осью ВС.
ИК=МК/± Δ М/
Кроме магнитного поля Земли на чувствительный элемент магнитного или индукционного компасов воздействует магнитное поле ВС, создаваемое ферромагнитными массами и токонесущими проводами. Стрелка магнитного компаса, оказываясь под воздействием магнитного поля Земли и магнитного поля ВС, устанавливается по результирующей этих магнитных полей.
Линия, вдоль которой устанавливается магнитная стрелка компаса, установленного на ВС, называется компасным меридианом.
Компасный курс – это угол между северным направлением компасного меридиана, проходящего через ВС и продольной осью ВС. Компасный и магнитный меридианы не совпадают.
Угол, заключенный между северным направлением магнитного меридиана и северным направлением компасного меридиана, называется девиацией компаса Δ К.
Девиация отсчитывается от магнитного меридиана к востоку (вправо) со знаком «+», а к западу (влево) – со знаком «-».
Магнитный компас КИ-13
Магнитный компас КИ-13 является автономным дублирующим измерителем компасного курса ВС. КИ-13 установлен на каркасе фонаря кабины летчиков по продольной оси ВС. Предназначен для определения магнитного курса полета ВС.
Принцип действия основан на использовании свойств свободно подвешенного магнита, устанавливается в плоскости магнитного меридиана. Чувствительный элемент прибора состоит из двух постоянных магнитов, закрепленных в картушке. На картушке закреплена шкала, отградуированная от 0 до 360 0 , с оцифровкой через 30 0 и ценой деления 5 0 . Внутренняя часть компаса заполняется лигроином, что позволяет демпфировать колебания картушки и уменьшить трение. В нижней части прибора имеется девиационное устройство для устранения полукруговой девиации. Компас имеет индивидуальный подсвет шкалы.
КИ-13 работает следующим образом. В прямолинейном горизонтальном полете картушка со шкалой с помощью двух параллельно расположенных стержней устанавливается в плоскости магнитного меридиана Земли и сохраняет относительно Земли неизменное направление. При повороте ВС относительно плоскости магнитного меридиана картушка со шкалой остаются в неизменном положении, а курсовая черта поворачивается вместе с корпусом прибора на тот же угол, что и ВС, показывая по шкале новый компасный курс.
Ошибки магнитного компаса КИ-13.
КИ-13 имеет следующие ошибки:
· застой картушки;
· увлечение картушки жидкостью;
· девиация;
· креновая девиация;
· северная поворотная ошибка.
Застой картушки – это угол, на который не доходит картушка до магнитного меридиана при медленном возвращении к нему. Причиной застоя меридиана является трение оси об опору. Застой картушки может наблюдаться при полетах в северных широтах ввиду малого значения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли .
Увлечение картушки жидкостью проходит при разворотах вследствие инерции жидкости. После прекращения разворота жидкость еще некоторое время по инерции продолжает вращение, что приводит к запаздыванию прихода картушки к меридиану. При длительных виражах увеличение картушки может достигать скорости виража. Время успокоения картушки после сильного увлечения жидкостью до 2 минут.
Девиация – это основная методическая ошибка КИ-13, которая возникает вследствие воздействия на магнитную систему компаса магнитного поля ВС. Это приводит к тому, что магнитная система устанавливается вдоль компасного меридиана и КИ-13 указывает компасный курс. Величина и характер девиации зависят от магнитного поля ВС.
Девиация ΔК представляет собой сумму 3 составляющих: круговой ΔК КР, полукруговой ΔК п / КР и четвертной ΔК ЧЕТВ:
Δ К= Δ К КР + Δ К п / КР + Δ К ЧЕТВ
Круговая девиация ΔК КР от курса ВС не зависит и имеет постоянную величину. ΔК КР называется установочной ошибкой.
ΔК КР (установочная ошибка) компенсируется поворотом КИ-13 в месте крепления.
При развороте ВС на 360 0 ΔКп/ КР два раза меняет свой знак, два раза достигает нуля и два раза максимум, то есть меняется по синусоидальному закону.
ΔК п / КР устраняется штурманом на 4 основных курсах 0; 90; 180; 270 0 с помощью девиационного устройства в нижней части компаса.
ΔК ЧЕТВ при развороте ВС на 360 0 четыре раза меняет свой знак, четыре раза достигает максимума и четыре раза приходит к нулю.
ΔК ЧЕТВ для КИ -13 не устраняется, но списывается штурманом на 8 курсах 0; 45; 90; 135; 180; 225; 270; 315 0 и заносится в график поправок, который устанавливается в кабине пилотов.
Для отсчета магнитного курса по КИ – 13 необходимо в показания компасного курса КИ -13 внести поправку из графика установленного в кабине пилотов.
Креновая девиация – это разность показаний КИ-13 при горизонтальном и наклонном положении ВС. Креновая девиация появляется в полете при поперечных и продольных кренах, когда плоскость картушки имеет угол относительно плоскости ВС. Креновая девиация на ВС в практике не учитывается.
В горизонтальном полете плоскость картушки КИ-13 горизонтальна и расположена в плоскости магнитного меридиана. На магнитную систему компаса действует только горизонтальная составляющая , которая является направляющей силой для магнитных компасов.
Вертикальная составляющая магнитного поля Земли перпендикулярна плоскости картушки и никакого воздействия на магнитную систему не оказывает. При разворотах ВС на северных или южных курсах картушка под действием центробежной силы вместе с ВС отклоняется от плоскости меридиана на угол крена. При этом магнитная система компаса, оказываясь под воздействием двух составляющих – горизонтальной и вертикальной , устанавливается по равнодействующей и измеряет курс с ошибкой ΔМК. Эта ошибка носит название северной поворотной ошибки. Величина ее особенно велика при полетах в северных широтах, где угол магнитного наклонения Θ приближается к 80 0 - 90 0. Северная поворотная ошибка зависит не только от угла магнитного наклонения Θ, но и от угла крена ВС при развороте. Учитывается северная поворотная ошибка следующим образом. При выводе ВС из крена на северных курсах надо не доводить ВС до намеченного курса на величину крена разворота, а на южных курсах, наоборот проворачивать ВС на ту же величину крена. На курсах 90 0 и 270 0 северная поворотная ошибка равна нулю, так как вертикальная составляющая совпадает с плоскостью магнитного меридиана Земли. После перехода ВС в горизонтальный полет действие вертикальной составляющей земного магнетизма прекращается и показания компаса восстанавливаются.
Использование КИ-13
Перед вылетом внешним осмотром проверить прибор – крепление, уровень лигроина. Проверить наличие в кабине графика девиации.
Перед выруливанием на старт убедится, что КИ -13 указывает магнитный курс стоянки (с учетом ΔК ЧЕТВ).
На исполнительном старте после установки ВС вдоль оси ВПП проверить соответствие показаний КИ -13 курсу ВС (также с учетом ΔК ЧЕТВ).
В полете магнитный компас КИ – 13 является дублирующим курсовым прибором и используется экипажем при отказах ГМК-1А.
Однако в полете экипаж обязан постоянно сличать показания КМ – 8, УГР – 4УК и КИ -13, что позволит своевременно обнаружить отказ курсовой системы ГМК – 1А. При полете в неспокойной атмосфере наблюдаются колебания картушки КИ -13, которые могут достигать ±15 0 ÷ 20 0 . Поэтому при отсчете курса по КИ – 13 показания необходимо усреднять. Компас работает нормально при кренах ВС до 17 0 , свыше – картушка компаса задевает за внутренние части прибора, и он становится неработоспособн
Лабораторная работа 230ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ Теоретическая
частьI. Элементы земного магнетизма. Земля представляет собой огромный
шаровой магнит. В любой точке пространства, окружающего Землю, и на ее поверхности
обнаруживается действие магнитных сил, т.е. создается магнитное поле, которое
подобно полю магнитного диполя “ав” помещенного в центре Земли (рис.I). Магнитные
полюса Земли лежат вблизи географических полюсов:вблизи северного географического полюса С расположен
южный магнитный S, а вблизи южного географического Ю " северный магнитный
N. Магнитное поле Земли на магнитном экваторе направлено горизонтально (точка
В), а у магнитных полюсов - вертикально (точка А). В остальных точках земной по-
верхности магнитное поле Земли поправлено под некоторым углом к поверхности (точка
К). Убедиться в существовании магнитного поля Земли можно с помощью магнитной
стрелки. Если подвесить стрелку на нити так,Рис.1
чтобы точка подвеса совпадала с центром тяжести, то она установится по
направлению касательной к силовой линии магнитного поля Земли.
Ознакомиться с основами теории
Максвелла , свойствами электромагнитных волн и механизмом распространения
электромагнитных волн в двухпроводной линии
Магнетизм - раздел физики,
изучающий взаимодействие между электрическими токами , между токами и
магнитами (телами с магнитным моментом) и между магнитами.
Взаимодействие двух параллельных
проводников с током. Законы Био – Савара – Лапласа и Ампера применяются
для определения силы взаимодействия двух параллельных проводников с током.
Поток вектора магнитной
индукции . Теорема Гаусса для магнитного поля.
Магнитные моменты атомов .
Для полного описания атома необходимы знания квантовой механики, которую
мы будем изучать позднее. Однако магнитные свойства вещества хорошо объясняются
с помощью простой и наглядной планетарной модели атома, предложенной Э.Резерфордом.
Намагниченность вещества.
Ранее мы предполагали, что провода, несущие ток и создающие магнитное поле,
находятся в вакууме. Если же провода находятся в какой-либо среде, то величина
создаваемого ими магнитного поля изменится.
Виды магнетиков . Проведем
опыт с сильным магнитным полем, создаваемым, например, соленоидом. Соленоид
(цилиндр с намотанным на него проводом, по которой течет ток) может создать
внутри себя магнитное поле в 100000 раз больше магнитного поля Земли. Будем
помещать в такое магнитное поле различные вещества и наблюдать, как действует
на них сила магнитного поля. Качественные результаты подобных опытов получаются
довольно разнообразными.
Доменная структура ферромагнетиков .
Классическая теория ферромагнетизма была развита французским физиком П.Вейсом
(1907 г.). Согласно этой теории, весь объем ферромагнитного образца, находящегося
при температуре ниже точки Кюри, разбит на небольшие области – домены,–
которые самопроизвольно намагничены до насыщения.
Основной закон электромагнитной
индукции . Величайший физик XIX века Майкл Фарадей считал, что между
электрическими и магнитными явлениями существует тесная взаимосвязь. Ампер,
Био и другие ученые выяснили одну сторону этой взаимосвязи, с которой мы
уже знакомы, а именно – магнитное действие тока.
Явление взаимной индукции
Теория Максвелла для электромагнитного
поля . В 60-х годах XIX столетия Д.К. Максвелл, ознакомившись с работами
Фарадея, решил придать теории электричества и магнетизма математическую
форму. Обобщив законы, установленные экспериментальным путем – закон полного
тока, закон электромагнитной индукции и теорему Остроградского-Гаусса, -
Максвелл дал полную картину электромагнитного поля
Второе уравнение Максвелла.
Максвелл ввел понятие полного тока. Плотность полного тока
Вертикальная плоскость, в которой располагается
стрелка, называется плоскостью магнитного меридиана. Все плоскости магнитных меридианов
пересекаются по прямой NS, а следы магнитных меридианов на поверхности Земли сходятся
в магнитных полюсах N и S. Угол, образованный плоскостями магнитного и географического
меридианов называется углом склонения (на рис.1 - угол β). Угол, образованный
направлением магнитного поля Земли и горизонтальной плоскостью, называется углом
наклонения (на рис.2 – угол α).Вектор напряженности магнитного поля
Земли можно разложить на две составляющие:
горизонтальную и вертикальную . На рис.2 показано положение магнитной стрелки
NS подвешенной на нити L в магнитном поле Земли. Направление северного конца N
стрелки совпадает с направлением напряженности магнитного поля Земли. Плоскость
чертежа совпадает с плоскостью магнитного меридиана. Знание углов склонения и
на-
клонения, а также горизонтальной составляющей дает возможность определить величину
и направление напряженности магнитного поля Земли в определенной точке поверхности.
Горизонтальная составляющая ,угол склонения β и угол
наклонения α являются основными элементами земного магнетизма. С течением
времени все элемента земного маг-нетизма, а также положение магнитных полюсов
изменяются. Происхождение земного магнетизма в настоящее время до конца не выяснено.
По последним гипотезам магнитное поле Земли связано с токами, циркулирующими по
поверхности ядра Земли, а также с намагниченностью горных пород. 2. Метод
тангенс-гальванометра. Если магнитная стрелка может вращаться лишь вокруг вертикальной
оси, то она будет устанавливаться под действием горизонтальной составляющей магнитного
поля Землив плоскости магнитного меридиана. Это свойство магнитной стрелки
используется в тангенс-гальванометре. Рассмотрим круговой проводник из N витков,
плотно прилегающих друг к другу, которые расположены вертикально в плоскости магнитного
меридиана. В центре проводника поместим магнитную стрелку, способную поворачиваться
вокруг вертикальной оси. Если по катушке пропустить ток I. то возникает магнитное
поле с напряженностью , перпендикулярной к плоскости витков катушки
(рис.З). На магнитную стрелку N1 S1, в этом случае будут действовать два взаимно
перпендикулярных магнитных поля: горизонтальная составляющая магнитного поля Земли
и магнитное поле тока . На рис.3 изображены сечения
витка катушки (А и В) горизонтальной плоскостью. В сечении А ток направлен "из-за"
плоскости чертежа перпендикулярно к ней. В сочетай В ток направлен за плоскость
чертежа перпендикулярно к ней. Пунктирные кривые выражают силовые линии магнитного
поля тока. Стрелкой NS показано направление магнитного меридиана.
Рис.З