Індукції магнітного поля землі

КОРОТКА ТЕОРІЯ. Магнітне поле Землі складається з постійного поля, яке створюється магнетизмом самого земної кулі, і пере-ного поля, яке створюється струмами, поточними над поверхнею Землі і в земній корі; змінне поле не перевищує 1% від посто-янного поля. Постійне поле має разлічнуювелічіну в раз-них точках Землі і схильне повільним (віковим) змін.

Вектор індукції геомагнітного поля визначається тре-ма компонентами: горизонтальної складової. магнітним скло-ням (кутом між горизонтальною складовою і площиною магнітного меридіана) і магнітним нахилом (кутом між вектором і горизонтальною площиною).

У першому наближенні геомагнітне поле подібно полю диполя (або рівномірно намагніченої кулі) з магнітним моментом. спрямованим під кутом 11.5 ° до осі обертання Землі.

Точки на земній поверхні, в яких вектор має верти-вертикальне напрям, називаються магнітними полюсами. Таких точок на Землі дві: північний магнітний полюс - точка, в якій силові лінії магнітного поля направлені вертикально вгору, і південний магнітний полюс - точка, в якій силові лінії спрямовані вертикально вниз. Північний магнітний полюс розташований в районі південного географічного полюса в точці з координатами 70º10' південної широти і 150º45' східної довготи; південний магнітний полюс розташований в районі північного географічного полюса в точці з координатами 70º50' північної широти і 96º західної довготи. Положення магнітних полюсів змінюється протягом часу.

Пряма, що проходить через магнітні полюси, називається маг-нітних віссю Землі; окружність, проведена в площині, яка перпендикулярна до магнітної осі, називається магнітним екватором; вектор на магнітному екваторі спрямований горизонтально і дорівнює по модулю близько 4 × 10 Тл. Індукція магнітного поля у магнітних полюсів Землі має величину близько 7 × 10 Тл. У деяких районах спостерігається різке збільшення індукції магнітного поля Землі (магнітні аномалії); наприклад, в районі Александріяой магнітної аномалії bз ≈2,4 × 10 Тл.

Величина горизонтальної складової індукції магнітного поля Землі може бути виміряна за допомогою приладу, який називається тангенс-гальванометр.

Цей прилад являє собою котушку радіуса R. з намотаним на неї N витками дроту. У центрі котушки, в горизонтальній площині, розташовується магнітна стрілка. При відсутності струму в котушці на магнітну стрілку впливає тільки магнітне поле Землі. При цьому магнітна стрілка розташовується в площині магнітного меридіана. Якщо по тангенс-гальванометра пропустити постійний струм, то співаючи-вляется магнітне поле струму, що характеризується вектором магнітної індукції. який в центрі котушки спрямований перпендикулярно площині дротяних витків (рис. 1). У цьому випадку на магнітну стрілку одночасно діють два магнітних поля, що характеризуються векторами. відповідно.

Якщо розташувати прилад таким чином, щоб вектора магнітної індукції струму і поля Землі були взаємно перпендикулярні, то магнітна стрілка під впливом двох полів, відхиляючись, займе таке положення, при якому її вісь буде збігатися з рівнодіюча () векторів і (рис. 1). З прямокутного трикутника маємо:

Величина в центрі кругового витка зі струмом згідно закону Біо-Савара-Лапласа дорівнює:

де μ0 = 4π × 10 -7 Гн / м - магнітна постійна.

Підставивши (2) в (1), отримаємо:

З формули (3) можна отримати вираз для струму I. де тангенс кута відхилення стрілки прямо пропорційний току, що протікає по котушці. Тому і прилад отримав назву тангенс-гальванометра.

Напрямок ліній індукції встановлюється за допомогою магнітної стрілки. Якщо підвісити магнітну стрілку на нитки так, щоб точка підвісу поєдналася з центром тяжкості, то стрілка встановиться у напрямку дотичної до лінії індукції магнітного поля Землі. У північних широтах північний край такій стрілки розташований нижче точки підвісу, вісь стрілки з горизонтом складає кут нахилу # 952; (На екваторі цей кут дорівнює нулю) .Вертікальная площина, що проходить через вісь усталеною магнітної стрілки, називається площиною магнітного меридіана. кут # 945; між магнітним і географічним меридіанами називається магнітним відміною.

Кут нахилу визначається за допомогою приладу, званого буссолью способу або інклінатор (рис. 2).

Головною частиною інклінатор є магнітна стрілка наклоненіяC. яка може вільно обертатися близько горизонтальній осі, перпендикулярної до площини вертикального кола D і проходить через центр цього кола і центр ваги стрілки.

Перш ніж приступити до вимірювання кута нахилу, інклінатор за допомогою гвинтів До і рівня встановлюють так, щоб площина кола Т була строго горизонтальної. За допомогою горизонтальної буссоли встановлюють вертикальний круг (тоді поверніть навколо вертикальної осі) по магнітному меридіану.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА УСТАНОВКА. Для вимірювань компонент ВЕКТА-ра застосовуються прилади, які називаються маг-нітометрамі. В роботі використовується спрощена модель електромагнітного-нітних магнитометра. Установка складається з двох котушок Гельмголь-ца (котушка кругового перетину з намотаним на неї витками дроту), які розташовані вертикально. Котушки Гельмгольца дозволяють отримати в центрі цієї системи однорідне магнітне поле в досить великому просторі. Використовувані в роботі котушки мають наступні параметри: відстань від площини котушки до центру симетрії установки R = 117 мм, число витків N = 40. Витки котушки встановлюються паралельно магнітній стрілці за допомогою візирної лінії, яка представляє собою натягну-тую між стінками корпусу тонкий дріт. У центрі симетрії котушок Гельмгольца встановлен-на магнітна буссоль, по лімбу якої можна вимірювати кути откло-вати стрілки # 966 ;.

При включенні струму магнітна стрілка відхиляється від плоскос-ти магнітного меридіана під дією індукції магнітного поля котушок. яка перпендикулярна горизонтальної складової індукції магнітного поля Землі (рис. 1). Для визначення використовується співвідношення:

ЗАВДАННЯ. 1.Определить величину горизонтальної складової індукції магнітного поля Землі. Вимірювання провести для 4-х різних значень струмів, що проходять через котушки.

2. Результати обчислень усереднити.

Лабораторна робота № 14Е