Значение компаса. понятие о земном магнетизме

Вблизи берегов судовождение можно осуществлять с помощью специально установленных для этого наземных и плавучих зна­ков, в частности створных, а также, если позволяют условия види­мости, по естественным приметным местам.

В море, чтобы следовать заданным курсом, а также определять место судна по пеленгам береговых ориентиров, надо иметь воз­можность ориентироваться относительно плоскости истинного ме­ридиана наблюдателя. В северном полушарии для этой цели может служить Полярная звезда, всегда находящаяся приблизительно в плоскости истинного меридиана данного места. Но Полярная звезда видна только ночью при хорошей видимости и ориентиро­ваться по ней удобно лишь в малых широтах, где она располагает­ся невысоко над горизонтом.

Поэтому для судовождения необходимы приборы, указываю­щие положение плоскости истинного меридиана наблюдателя и позволяющие определять направления относительно нее при лю­бых обстоятельствах. К таким приборам относится магнитный ком­пас. В современном судовождении основным прибором для многих морских судов является гироскопический компас. Магнитный ком­пас остается резервным прибором.

Магнитная стрелка, свободно подвешенная за центр тяжести или поддерживаемая поплавком в жидкости, располагается своей продольной осью под определенным углом к плоскости истинного меридиана в данном месте. Если скрепить с магнитной стрелкой, уравновешенной горизонтально, небольшой диск, разграфленный на румбы или градусы, то последний явится как бы плоскостью истинного горизонта в миниатюре, а все устройство в целом пред­ставит собой магнитный компас (рис. 25).

Магнитная стрелка будет называться в этом случае компасной I стрелкой, а диск с обозначенными на нем направлениями — компас- ' ной картушкой. Картушка современного компаса показана на рис. 26.

Свойство магнитной, или компасной, стрелки располагаться в
определенном направлении основано на действии сил земного маг­нетизма. Земля обладает собственным магнитным полем и пред­ставляет собой как бы огромный магнит (рис. 27). Точки наиболь­шего сосредоточения сил земного магнетизма, т. е. магнитные по­люсы Земли Р^м и Psm, не совпадают с географическими, находясь

ле Земли. Рис. 26. Компасная картушка.

Рис. 27. Магнитное по-

от них на расстоянии более 1 тыс. миль, и располагаются на не­котором углублении в толще земного шара.

Местоположение магнитных полюсов, вернее их проекций на земную поверхность, впервые были определены для северного маг­нитного полюса Амундсеном (1903—1906 гг.) и для южного — Шекльтоном (1907—1909 гг.). Исследования показали, что поло­жение магнитных полюсов медленно изменяется — приблизитель­но на 200 км за 100 лет. В 1970 г. координаты проекций маг­нитных полюсов на земной поверхности были следующие: север­ного ф=75°,5'Л/' и А, = 10Г,5'№ (у острова Принца Уэльского в Канадском арктическом архипелаге) и южного ф=65°,5'5 и 1 = = 140°,3'СИ (берег Короля Георга у моря Дюрвиля).

Магнитная, или компасная, стрелка северным концом (полю­сом) устанавливается в направлении северного магнитного полюса Земли, а южным — в направлении южного. Любые магниты при­тягиваются разноименными полюсами и отталкиваются одноимен­
ными, но земные магнитные полюсы для удобства имеют наимено­вание ближайших к ним географических. При этом условно счи­тают, что в северном магнитном полюсе Земли сосредоточен магне­тизм южного наименования, и наоборот. Соответственно и силовые линии земного магнитного поля на рис. 27 показаны как выходя­щие из южного магнитного полюса и входящие в северный.

Прямая, соединяющая земные полюсы, называется магнитной осью Земли. Она не проходит через центр земного шара и состав­ляет с земной осью угол около 11°5'.

Интенсивность магнитного поля характеризуется его напря­женностью. Величина напряженности земного магнитного поля в какой-либо точке земной поверхности или над ней изображается вектором Т, касательным к силовой линии в данной точке О (см. рис. 27). Напряженность магнитного поля Земли принято выра­жать в эрстедах. Напряженность земного магнитного поля явля­ется относительно слабой и составляет в среднем, в частности в мо­рях, омывающих Европу, около 0,5 эрстеда (или около 500 милли- эрстедов).

Единица напряженности магнитного поля 1 эрстед — это та­кая напряженность, которой обладает магнитное поле, действую­щее на единицу магнетизма, содержащуюся в полюсе какого-либо магнита с силой в 1 дин. Единицей магнетизма считается такое его количество в полюсе магнита, которое действует на равное себе в полюсе другого магнита на расстоянии 1 см с силой также в 1

дин. Так, в полюсе стальной вязальной спицы, намагниченной до насыщения, со­держится около 12 магнитных единиц.

Известно, что магнитные поля сущест­вуют всегда совместно с электрическим то­ком, образуясь вокруг проводника, несу­щего ток. Это позволяет установить дру­гое определение единицы напряженности, т. е. 1 эрстед — это напряженность маг­нитного поля на расстоянии 2 см от пря­молинейного длинного проводника, по ко­торому протекает ток величиной в 10 А.

Хотя напряженность магнитного поля Земли сравнительно невелика, энергия его, занимающего огромное пространство, значи­тельна. Такой энергией обладал бы пропускаемый в проводнике вокруг экватора ток, величиной в 660 млн. А.

Рис. 28. Магнитный ме­ридиан, склонение и на­клонение.

Напряженность магнитного поля Земли, выражаемая вектором Т, называется также полной силой земного магнетизма. Вертикаль­ная плоскость, в которой действует вектор Т полной силы земно­го магнетизма, называется плоскостью магнитного меридиана, а след ее на земной поверхности (или на плоскости истинного горизонта) — магнитным меридианом данной точки (рис. 28) или наблюдателя. Точки на земной поверхности, в которых
силы земного магнетизма горизонтальны, образуют вокруг зем­ного шара изогнутую замкнутую линию, называемую магнит­ным экватором (см. рис. 27, пунктирная кривая e_Mq_u).

В общем случае силы земного магнетизма не горизонтальны, т. е. вектор Т располагается под некоторым углом к плоскости истинного горизонта. Этот угол 0 называется магнитным на­клонением. На магнитном экваторе маг­нитное наклонение равно нулю и по ме­ре приближения к магнитньщ полюсам увеличивается. В районе Черного моря величина 0 составляет около 62°, на юге Баренцева моря — 77°, а над магнитны­ми полюсами достигает 90°. Величина магнитного наклонения характеризует так называемую магнитную широту дан­ного места.

Мореплавателю важно знать степень действия сил земного магнетизма в гори­зонтальной плоскости, так как в ней должна располагаться компасная стрел­ка, чтобы указывать направление маг­нитного меридиана. Поэтому рассмотрим действие, сил зем­ного магнетизма в обеих плоскостях—вертикальной и горизон­тальной. Для этого спроектируем вектор Т на горизонталь­ную плоскость и на отвесную линию (рис. 29). Проекция вектора Т на горизонтальную плоскость (вектор Я) называ­ется горизонтальной составляющей, а проекция вектора на отвесную линию (вектор Z) — вертикальной составляющей сил земного магнетизма.

На магнитном экваторе, где 0=0, вертикальная составляю­щая также равна 0, а горизонтальная составляющая обращает­ся в полную силу Т, т. е. там компасная стрелка будет удержи­ваться с наибольшей силой в плоскости магнитного меридиана. По мере удаления от магнитного экватора и приближения к магнитным полюсам, т. е. с увеличением магнитного наклоне­ния, составляющая Z увеличивается, а составляющая Н умень­шается, так что действие последней на компасную стрелку ослабевает.

Над магнитными полюсами, Р_пн или Р_ш, где 0=90°, состав­ляющая Z обратится в полную силу, а Н — в нуль. Следова­тельно, использовать магнитный компас в районе магнитных полюсов невозможно.

N.

Рис. 29. Элементы зем­ного магнетизма в про­странстве.

I I I

Плоскость магнитного меридиана в общем случае не совпа­дает с плоскостью меридиана истинного и отклонена от нее к O^si или к W на угол а, называемый магнитным склонением, или (на старых картах) склонением компаса. Величина магнит­ного склонения в районах развитых морских путей не превос­ходит 25°, вообще же может достигать нескольких десятков
градусов, а в районе магнитных полюсов доходит до 180°, что рассматривается ниже.

Полная сила земного магнетизма, ее горизонтальная и верти­кальная составляющие, магнитное наклонение и склонение на­зываются элементами земного магнетизма.

Величины Т, Н и Z связаны соотношениями:

T = V W + Z* , Н = Т cos в, Z = T sine.

Сила, с которой горизонтальная составляющая удерживает ком­пасную стрелку в плоскости магнитного меридиана, называется направляющей силой компаса.