Какие величины относятся к элементам земного магнетизма. Классическая физика

К основным характеристикам магнитного поля Земли, которые называют элементами земного магнетизма, относятся: напряженность (Н т), горизонтальная (Н) и вертикальная (Z) составляющие полного вектора напряженности Н т, магнитное склонение (D) и наклонение (I). Направление полного вектора напряженности определяет направление магнитных силовых линий, т. е. линий,в каждой точке которых вектор Н т, направлен по касательной к ним. Магнитным склонением называют угол между направлением географического меридиана и вектором Н (или направлением магнитного меридиана). В случае если магнитная стрелка отклоняется вправо от географического меридиана, то склонение называют восточным (или положительным), если влево, то склонение будет западным (отрицательным). Наклонение - ϶ᴛᴏ угол между горизонтальной плоскостью и полным вектором напряженности Н т. Величина I изменяется от –90 0 (Южное полушарие) до +90 0 (Северное полушарие).Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, при направлении вектора Н т к поверхности Земли наклонение считается положительным, а от Земли вверх – отрицательным.

Элементы земного магнетизма измеряют в различных точках земного шара в процессе проведения магнитных съемок на суше, в морях, океанах, атмосфере. Первая магнитная съемка в России была проведена в 1586 ᴦ. в устье р.Печоры. К 1917 ᴦ. уже насчитывалось 8000 съемок; в период 1931 – 1936 гᴦ. была осуществлена генеральная магнитная съемка, в ходе которой проведено 12000 измерений. К 1950 ᴦ. число магнитометрических пунктов достигло 26000. Результаты измерений представляют в виде магнитных карт, которые отражают в изолиниях пространственное распределœение какого-либо одного элемента (Н, Z, D, I). Первую карту построил Галлей (1700 ᴦ.) Карты строятся для регионов и земного шара в целом на определœенный момент времени, в качестве такого момента выбрана середина года (1 июля) - ϶ᴛᴏ так называемая магнитная эпоха. Мировые карты строят Англия, Россия, США. Кроме карт составляется каталог магнитных данных.

Изолинии значений D называются изогонами. Карта изогон напоминает ход меридианов: изогоны выходят из одной области, сходятся в другой, почти противоположной. Отличие от меридианов, которые сходятся в районе полюсов, состоит в том, что в каждом полушарии имеются по две области сходимости изогон: одна - ϶ᴛᴏ магнитный полюс, другая – географический. Там значения D изменяются в пределах ±180 0 .

Линии равных значений I – изоклины. Карты изоклин представляют собой семейство кривых широтного направления. Нулевая изоклина (магнитный экватор) огибает земной шар вблизи экватора, удаляясь от него на 15 0 в районе Южной Америки.В районе южного магнитного полюса (Северное полушарие) I = +90 0 , в районе Северного магнитного полюса (Южное полушарие) I = -90 0 .

Линии равных значений Н и Z – изодины. Карты изодин (Z) повторяют карты изоклин: на магнитном экваторе Z = 0; на полюсах Z = Н т = 48-55 А/м. Значения горизонтальной составляющей Н т – Н изменяются от Н = 0 на полюсах до Н = 32 А/м на магнитном экваторе, где Н = Н т.

На картах изопор показывается скорость смещения какого-либо ЭЗМ. Период полного обращения МПЗ примерно 2 тыс. лет.

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 .

§ 15. Земной магнетизм и его элементы. Магнитные карты

Положение магнитных полюсов не остается неизменным, координаты их медленно меняются. Приближенные координаты магнитных полюсов в 1950 г. были следующие:

Северного - φ ~ 76°N; Л ~ 96°W;

Южного - φ ~ 75°S; Л ~ 150° O st .

Магнитная ось Земли - прямая, соединяющая магнитные полюса, проходит вне центра Земли, и составляет с ее осью вращения приближенно угол около 1Г,5.

Сила магнитного поля Земли характеризуется вектором напряженности Т, который в любой точке земного магнитного поля направлен по касательным к силовым линиям. На рис. 18 сила земного магнетизма в точке А изображена по величине и направлению вектора AF. Вертикальную плоскость NmAZF, в которой располагается вектор AF, а следовательно, и ось свободно подвешенной магнитной стрелки, называют плоскостью магнитного меридиана. Эта плоскость составляет с плоскостью истинного меридиана NuAZM угол РАН, который называют магнитным склонением и обозначают буквой d.

Рис. 18.

Угол NmAF, образуемый вектором AF с плоскостью истинного горизонта NuAH, называют магнитным наклонением и обозначают буквой в.

Магнитное наклонение в отсчитывают от горизонтальной плоскости вниз от 0 до 90° и считают положительным, если опущен северный конец магнитной стрелки, и отрицательным, - если опущен южный конец.

Точки на земной поверхности, в которых вектор Т направлен горизонтально, образуют замкнутую линию, дважды пересекающую географический экватор и называемую магнитным экватором. Полную силу земного магнетизма - вектор Т - можно разложить на горизонтальную Н и вертикальную Z составляющие в плоскости магнитного меридиана. Из рис. 18 имеем:

H = TcosO, Z=Tsin O или Z = HtgO.

Величины d, Н, Z и O, определяющие магнитное поле Земли в данной точке, называют элементами земного магнетизма.

Распределение элементов земного магнетизма по поверхности земного шара принято изображать на специальных картах в виде кривых линий, соединяющих точки с одинаковым значением того или иного элемента. Такие линии называют изолиниями. Кривые равного магнитного склонения - изогоны наносят на карты изогон (рис. 19); кривые, соединяющие точки с равным магнитным напряжением, называют изодинами , или изодинамами. Кривые, соединяющие точки с равным магнитным наклонением - изоклины, наносят на карты изоклин.

Рис. 19.

Все элементы земного магнетизма в любой точке земной поверхности подвержены изменениям, носящим название вариаций. Изменения элементов земного магнетизма делятся на периодические и непериодические (или возмущения).

К периодическим относятся вековые, годовые (сезонные) и суточные изменения. Из них суточные и годовые вариации невелики и для судовождения во внимание не принимаются. Вековые же вариации представляют собой сложное явление с периодом, равным нескольким столетиям. Величина векового изменения магнитного склонения колеблется в различных точках земной поверхности в пределах от 0 до 0,2-0°,3 в год. Поэтому на морских картах магнитное склонение компаса приводится к определенному году с указанием величины годового увеличения или уменьшения.

Чтобы привести склонение к году плавания, надо рассчитать его изменение за истекшее время и на полученную поправку увеличить или уменьшить склонение, указанное на карте в районе плавания.

Пример 18. Плавание происходит в 1968 г. Склонение компаса, снято с карты, d = 11°, 5 О st приведено к 1960 г. Годовое увеличение склонения 5" .Привести склонение к 1968 г.

Решение. Промежуток времени с 1968 по 1960 г. равен восьми годам; изменение Аd = 8 х 5 = 40" ~0°,7. Склонение компаса в 1968 г. d = 11°.5 + 0°,7 = - 12°, 2 O st

Внезапные кратковременные изменения элементов земного магнетизма (возмущения) называются магнитными бурями, возникновение которых обусловлено северными сияниями и количеством пятен на Солнце. При этом наблюдаются изменения склонения в умеренных широтах до 7°, а в полярных областях - до 50°.

В некоторых районах земной поверхности склонение резко отличается по величине и знаку от его значений в прилегающих точках. Это явление носит название магнитной аномалии. На морских картах указывают границы районов магнитной аномалии. При плавании в этих районах необходимо внимательно следить за работой магнитного компаса, так как точность работы нарушается.

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…

Земля в целом представляют собой шаровой магнит, полюса которого лежат вблизи географических полюсов: вблизи северного географического полюса расположен южный магнитный S (~11,5º к оси вращения Земли), а вблизи южного географического-северный магнитный полюс N. Магнитные полюса дрейфуют, предположительно южный магнитный полюс на северо-запад.

Угол между географическим и магнитным меридианом называется магнитным склонением β (рис. 1) .

Вектор полной напряженности (магнитной индукции B=μ 0 H) направлен по касательной к силовым линиям магнитного поля Земли. Магнитная стрелка, подвешенная на нити, устанавливается в направление вектора полной напряженности магнитного поля Земли, который можно разложить на две составляющие: горизонтальную H г и вертикальную H в (рис. 4).

Соотношение между горизонтальной и вертикальной составляющей зависит от географического положения. Чем ближе к северу, тем стрелка устанавливается круче вниз. Поэтому для характеристики магнитного поля Земли вводится угол α – угол наклонения .

Магнитная стрелка, которая может вращаться лишь около вертикальной оси, будет отклоняться только под действием вектораН г, устанавливаясь в плоскости магнитного меридиана. Это свойство магнитной стрелки используется в компасах.

Итак, для характеристики магнитного поля Земли используются:

1. Магнитное склонение β

2. Угол наклонения α

3. Горизонтальная составляющая магнитного поля Земли H г:

Н г =Нcosα или B г =Bcosα

Методика измерений горизонтальной (H г)и вертикальной H в составляющих магнитного поля Земли.

Величины, характеризующие магнитное поле Земли можно измерить двумя методами.

1)Метод тангенс-буссоли позволяет определить горизонтальную составляющую магнитного поля H г .

Внутри катушки помещается компас. Плоскость катушки устанавливается в плоскости магнитного меридиана, т.е. вдоль магнитной стрелки компаса. Когда через катушку проходит ток в ней создается магнитное поле перпендикулярное плоскости катушки и стрелка компаса устанавливается по направлению результирующего магнитного поля.

На рис.5 изображено сечение катушки.

Напряженность магнитного поля в центре кругового тока , а в центре круговой катушки с током с учетом числа витков:

Из рис.5 следует, что , тогда:

.

После логарифмического дифференцирования этой формулы, получим формулу для расчета погрешности

(2)

отсюда следует, что погрешность будет минимальной, если sin 2α =1 т.е. α =45°. Значит, нужно выбирать такую силу тока в цепи, чтобы отклонение магнитной стрелки было близким к 45° и тогда

где N – число витков катушки, N =400 витков; R – средний радиус катушки, R =35 мм.

2)Метод, использующий явление электромагнитной индукции, позволяет определить горизонтальную H г и вертикальнуюH в составляющие индукции магнитного поля Земли .

Установка состоит из индуктора (рис.1) и измерительного устройства, которое высчитывает среднее значение потока ЭДС индукции возникающее в катушке при её вращение.

Магнитная индукция В г и В в определяется по формуле.

где S – площадь катушки.

Если рамка на которой закреплена катушка установлена горизонтально, то (ось вращения катушки горизонтальна) измерительное устройство измеряетпоток <E i Δt>, создаваемую вертикальной составляющей B в.

Если рамка установлена вертикально, то измерительное устройство измеряет потока <E i Δt>, создаваемую горизонтальной составляющей B г.

Т.к. в отсутствии среды магнитная индукция и напряженность магнитного поля связаны соотношением:

где - магнитная постоянная =4 10 -7 Гн/м.