Магнитного поля земли

Краткая теория

Земля представляет собой естественный магнит, полюса которого располагаются недалеко (2300 км.) от географических полюсов.

Магнитный полюс Земли, расположенный на севере, называется южным магнитным полюсом. На юге находится северный магнитный полюс. Через магнитные полюсы Земли можно провести линии, называемые магнитными меридианами. Магнитные меридианы не совпадают с географическими. Угол между ними называется магнитным отклонением (α). (склонением?)

Рис. 1

Линии напряженности земного поля выходят из Северного магнитного полюса и входят в Южный (рис. 1).

Если в какой либо точке Земли поместить магнитную стрелку, которая может поворачиваться в горизонтальной и вертикальной плоскостях, то она расположится по направлению вектора напряженности магнитного поля Земли, т.е. по касательной к силовой линии. На полюсах стрелка будет перпендикулярна земной поверхности, на экваторе – параллельна, а во всех остальных точках – под некоторым углом к поверхности Земли.

Угол между направлением напряженности магнитного поля в данной точке и горизонтальной плоскостью называется магнитным наклонением (θ) .

Рис. 2

Вектор напряженности земного поля разложить на две составляющие: горизонтальную Η_г и вертикальную – Ζ (рис. 2).

Стрелка компаса не может вращаться в вертикальной плоскости и устанавливается по направлению горизонтальной составляющей в плоскости магнитного меридиана.

Горизонтальная составляющая - Η_г , вертикальная составляющая – Ζ, магнитное отклонение α и наклонение θ называются элементами земного магнетизма.

Магнитное поле Земли не постоянно и испытывает, кроме вековых изменений, происходящих вследствие смещения магнитных полюсов, суточные колебания, амплитуда которых то возрастает, то убывает одновременно с изменением магнитного состояния Солнца. Иногда обнаруживаются резкие и весьма значительные изменения магнитного поля Земли, т.н. «магнитные бури», которые совпадают с извержениями Солнцем потоков ионизированных газов.

Для изучения магнитного поля Земли составляют "магнитные карты". Напряженность магнитного поля Земли невелика: от 0,34 Э. на экваторе до 0,66 Э. у полюсов. На широте Новосибирска горизонтальная составляющая приблизительно 0,16 Эрстед (15,6 А/м). Может быть не напряжённость, а индукцию и в Тесла.

Происхождение магнитного поля Земли до настоящего времени не выяснено.

Теоретическое обоснование метода измерения - Η_г

В данной работе величина горизонтальной составляющей земного магнитного поля Η_г определяется при помощи прибора, называемого тангенс - гальванометром. Он состоит из кругового проводника, образующего n витков, плотно прилегающих друг к другу и расположенных вертикально. В центре витков в коробке под стеклом на вертикальной оси укреплена магнитная стрелка. Положение стрелки определяется значением угла, отсчитываемого по лимбу прибора. В отсутствие тока стрелка устанавливается в направлении магнитного меридиана.

Если по виткам пропустить ток, то возникает магнитное поле, напряженность которого может быть найдена по закону Био – Савара – Лапласа (для системы n круговых токов):

(1)

где n – число витков, I – ток, текущий по виткам, r – радиус витков.

Вектор поля тока – Η_т направлен перпендикулярно плоскости витков (направление можно определить по правилу буравчика).

Если плоскость витков установить в плоскости магнитного меридиана Земли, то горизонтальная составляющая магнитного поля Η_г и поле кругового тока - Η_т в центре витков окажутся перпендикулярны друг другу.

Стрелка установится по направлению равнодействующей сил этих полей.

Рис. 3

При этом угол между плоскостью магнитного меридиана и направлением, по которому установиться стрелка (рис. 3), будет определяться соотношением:

(2)

Тогда из (1) и (2) горизонтальная составляющая земного магнитного поля выразится формулой:

(3)