Елементи магнетизму. Коротка теорія

Принцип роботи магнітного компасузаснований на властивості магнітної стрілки встановлюватися за напрямом вектора напруженості магнітного поля, в якому вона знаходиться.

Землю та навколоземний простіроточує магнітне поле, силові лінії якого виходять із південного магнітного полюса, огинають земну кулюі сходяться на північному магнітному полюсі. Магнітні полюси Землі не збігаються з географічними, їх становище на 1970 р. визначалося приблизно координатами: Північний - φ = = 75°N, λ = 99 ° W; Південний - φ = 66,5 ° S; λ = 140 ° Е. Вважають, що у Південному магнітному полюсі зосереджений позитивний магнетизм, але в Північному - негативний.

Магнітне поле Землі характеризує вектор напруженості Т(Повна сила земного магнетизму), який спрямований по дотичній до магнітних силових ліній (рис. 9). У загальному випадкуцей вектор становить деякий кут I з площиною істинного горизонту і лежить у площині істинного меридіана.

Мал. 9. Елементи земного магнетизму

Вертикальна площина, що проходить через вектор напруженості магнітного поля Землі у цій точці, називається площиною магнітного меридіана. У цій площині встановлюється вісь вільно підвішеної магнітної стрілки. Слід від перетину площини магнітного меридіана площиною істинного горизонту називається магнітним меридіаном.

Кут у площині істинного горизонту між істинним меридіаном (полуденною лінією N - S) та магнітним меридіаном називається магнітним відмінюванням (d).Відмінювання відраховується від північної частини істинного меридіана до Е або W від 0 до 180 °. Східному (Е) відмінюванню приписують знак (+), а західному (W) - знак (-).

Кут між площиною істинного горизонту І вектором повної силиземного магнетизму називається магнітним способом(/). На магнітних полюсах спосіб максимально і дорівнює 90°, а в міру віддалення від полюсів зменшується до нуля. Крива на земної поверхні, утворена точками, в яких магнітний спосіб дорівнює нулю, називається магнітним екватором.

Вектор напруженості магнітного поля Землі можна розкласти на горизонтальну (Н)та вертикальну (Z) складові (див. рис. 9). Величини Т, Н,Zі Iпов'язані співвідношеннями

Горизонтальна складова Нспрямована магнітному меридіану і утримує у ньому чутливий елемент (стрілку, картопля) магнітного компаса. Як видно з (12), максимальне значення Нприймає за I - 0, тобто. на магнітному екваторі, і стає рівним нулюна магнітних полюсах. Тому в близькополярних районах показання магнітного компасу не надійні, але в магнітних полюсах компас взагалі працює.

Величини d, I, H, Zназиваються елементами земного магнетизму.З усіх елементів найбільше значення для судноводіння має магнітне відмінювання. Розподіл магнетизму на земній поверхні вказують на спеціальних картах елементів земного магнетизму. Криві лінії на карті з'єднані точки з однаковими значеннями того чи іншого елемента. Лінія, що з'єднує точки з однаковим значеннямвідмінювання, називається вигнанням.Ізолія нульового відмінювання - агонуподіляє райони зі східним та західним відмінюванням. Величина магнітного відмінювання наводиться також на морських навігаційних картах.

Всі елементи земного магнетизму схильні до змін за часом - варіацій. Варіації відмінюваннярозрізняють вікові, добові та аперіодичні.

Вікова зміна- це зміна середньорічної величини відмінювання рік у рік. Річне зміна відмінювання (річне збільшення чи зменшення) вбирається у 15" і показується на морських картах. Добовіабо сонячнодобові варіаціївідміни мають період, рівний сонячної доби, за величиною незначні і в судноводженні не враховуються. Аперіодичні зміниабо магнітні візмученнявідбуваються без певного періоду.

Магнітні обурення великої інтенсивності, коли протягом кількох годин усі елементи земного магнетизму різко змінюються, називаються магнітними бурями.Виникнення магнітних бур пов'язане з сонячною активністюі спостерігається на всій земній поверхні. Показання компаса під час магнітних бур ненадійні - відмінювання може змінюватися на кілька десятків градусів.

У деяких районах поверхні Землі величини елементів магнетизму, у тому числі й відмінювання, різко відрізняються від їх значень у навколишній місцевості. Така зміна пов'язана зі скупченням магнітних порід під поверхнею і називається магнітною аномалією.Райони магнітних аномалійта межі зміни відмінювання в них

Мал. 10. Магнітні напрямки

вказуються на морських навігаційних картах та в лоціях. Прикладом аномалій є магнітні аномалії в Повенецькій бухті Онезького озера та у південній частині Ладозького озера. Показання магнітного компасу у районі аномалій використовувати важко, інколи ж навіть небезпечно.

Для використання у практиці дані з карти про величину відмінювання мають бути наведені до року плавання. З цією метою множать річну зміну відмінювання на число років, що минули від року до якого віднесено відмінювання. Отриманою поправкою виправляють відмінювання, зняте з карти. Необхідно враховувати, що термін «річне зменшення» або «річне збільшення» стосується абсолютної величини відмінювання.

Якщо плавання відбувається між точками, котрим зазначено відмінювання на карті, то проводять інтерполяцію відмінювання на око, розбиваючи район плавання на ділянки, у яких відмінювання приймають постійним.

Напрямки у морі, визначені щодо магнітного меридіана, називаються магнітними (рис. 10).

Магнітний курс(МК) - кут у площині справжнього горизонту між північною частиною магнітного меридіана та діаметральною площиною судна за напрямом його руху.

Магнітний пеленг(МП) – кут у площині справжнього горизонту між північною частиною магнітного меридіана та напрямком з точки спостереження на предмет.

Напрямок, який відрізняється на 180° від магнітного пеленгу, називають зворотним магнітним пеленгом(ЗМП). Магнітні курси та пеленги відраховуються в круговому рахунку від 0 до 360°.

Знаючи величину відмінювання, можна перейти від магнітних напрямків до істинних і назад. З рис. 10 видно, що справжні та магнітні напрями пов'язані залежностями:

(13)
(14)

Формули (13), (14) - алгебраїчні, де відмінювання dможе бути величиною позитивною та негативною.

У магнітному відношенні Земля є величезний за розмірами, але слабкий за силою магніт із двома полюсами.

Магнітні полюси Землі знаходяться порівняно неподалік географічних. Спостереження показують, що магнітні полюси не залишаються нерухомими,
а поступово змінюють своє становище щодо географічних полюсів. Так, у 1600 р. північний магнітний полюс знаходився за 1300 км від географічного, а нині - приблизно 2000 км. Географічні координатимагнітних полюсів 1965 р. становили: для північного?= 72° N, ? = 96 ° W, для південного? = 70 ° S,? = 150 ° Е.

Вважається, що у південному магнітному полюсі зосереджений позитивний магнетизм, а північному - негативний. Простір навколо Землі пронизаний магнітними силовими лініями, які виходять з південного магнітного полюса, огинають всю земну кулю і замикаються на північному (рис)

Магнітне поле Землі у кожній точці характеризується величиною його напруженості Т , тобто силою, що діє на одиницю позитивного магнетизму, та напрямом цієї сили. Вектор Т
направлений по дотичній до силової лінії. Тому якщо в деякій точці А помістити вільно підвішену магнітну стрілку, її вісь розташується в напрямку вектора Т . При цьому магнітна стрілка буде нахилена по відношенню до площини горизонту та відхилена
у бік від площини справжнього меридіана.

Вертикальний кут між віссю вільно підвішеної магнітної стрілки та горизонтальною площиноюназивається магнітним наклепом I . На магнітних полюсах нахилення максимальне і дорівнює 90°, у міру віддалення від полюсів воно зменшується, наприклад, у Мурманську 77°, в Одесі 62° тощо, поки не досягне 0°. Сукупність точок на земній поверхні, де магнітний спосіб дорівнює 0, називається магнітним екватором. Магнітний екватор - це неправильна крива, що перетинає земний екватору двох точках.

Вертикальна площина, що проходить через вісь вільно підвішеної магнітної стрілки, називається площиною магнітного меридіана. На перетині з площиною істинного горизонту ця площина утворює лінію магнітного меридіана або просто магнітний меридіан N M -S M.

У випадку площину магнітного меридіана не збігається з площиною істинного меридіана. Кут, на який площина магнітного меридіана відхиляється від площини істинного меридіана в даній точці земної поверхні, називається магнітним відміненням d.

Магнітне відмінювання відраховується в площині горизонту від північної частини справжнього меридіана до Ost або W до північної частини магнітного меридіана. При цьому, якщо північна частина магнітного меридіана відхилена від істинного меридіана до Е, то відмінювання приписують найменування Е (остове) або знак плюс, якщо до W, то W (вістове) або знак мінус. (Мал)

Величина магнітного відмінювання в різних точкахземної поверхні різна. У більшості місць світового судноплавства воно коливається від 0 до 25°, але у високих широтах, у місцях, близьких до магнітних полюсів, воно може досягати кількох десятків градусів, а між однойменними магнітними і географічними полюсами 180 °.

Повну силу земного магнетизму Т можна розкласти на горизонтальну Н та вертикальну Z складові (рис) Горизонтальна складова Н встановлює магнітну стрілку в площині магнітного меридіана та утримує її в цьому положенні. З формул видно, що на магнітному екваторі, де спосіб I = 0, горизонтальна складова має максимальну величину, тобто. Н - Т, а вертикальна Z = 0. Тому умови для роботи магнітного компасу на екваторі та поблизу нього є найбільш сприятливими. На магнітних полюсах, де I = 90 °, Н = 0, a Z = Т , магнітний компас не працює.

Величини Т , I , d , Н і Z називаються елементами земного магнетизму, їх найважливішим для навігації є магнітне відмінювання d .

ЗЕМНИЙ МАГНЕТИЗМ, відділ геофізики, що вивчає магнітне поле землі Нехай напруженість магнітного поля у цій точці зображується вектором F (фіг. 1). Вертикальна площина, що містить цей вектор, називається площиною магнітного меридіана. Кут D, укладений між площинами географічного та магнітного меридіанів, носить назву відмінювання. Розрізняють відміни східне та західне. Прийнято відзначати східні відміни знаком плюс, західні – знаком мінус. Кут I, освічений вектором F з площиною горизонту називається нахилом. Проекція Н вектора F на горизонтальну площину називається горизонтальною складовою, а проекція Z на вертикальну пряму позначається терміном вертикальна складова.

Основними приладами для вимірювання елементів земного магнетизму є магнітний теодоліт і різні системи інклінаторів. Призначення магнітного теодоліту - вимірювання горизонтальної складової магнітного поля та відмінювання. Горизонтально розташований магніт, що може обертатися навколо вертикальної осі, встановлюється під дією магнітного поля землі своєю віссю у площині магнітного меридіана. Якщо його вивести з цього положення рівноваги і потім надати самому собі, то він почне робити коливання біля площини магнітного меридіана з періодом Т, що визначається формулою:

де К - момент інерції системи, що коливається (магніт і оправа) і М - магнітний моментмагніту. Визначивши зі спеціальних спостережень величину До, можна за спостереженим періодом Т знайти значення твору МН. Потім поміщають магніт, період коливання якого визначено, на деякій відстані від іншого, допоміжного магніту, що теж має можливість обертатися біля вертикальної осі, і орієнтують перший магніт так, щоб другий центр магніту виявився на продовженні магнітної осі першого. У такому разі на допоміжний магніт окрім Н діятиме і поле магніту М, яке м. б. знайдено за формулою:

де - відстань між центрами обох магнітів, а, b,... - деякі постійні. Магніт вийде з площини магнітного меридіана і стане у напрямку рівнодіючої цих двох сил. Не змінюючи відносного розташування частин установки, знаходять таке положення магніту, що відхиляє, при якому названа рівнодіюча буде перпендикулярна до нього (фіг. 2). Вимірюючи при цьому випадку кут відхилення v, можна із співвідношення sin v = f/Hнайти значення відносини З отриманих значень МН і H/M визначають горизонтальну складову Н. Теоретично земного магнетизму має поширення одиниця, що позначається символом γ, що дорівнює 0,00001 гауса. Магнітний теодоліт можна застосовувати як деклінатор, прилад для вимірювання відмінювання. Поєднуючи візирну площину з напрямом магнітної осі підвішеного на нитці магніту, приводять її в збіг з площиною магнітного меридіана. Щоб отримати відлік на колі, що відповідає наведенню візирного пристрою на географічна північ, Досить зробити наведення на будь-який об'єкт, справжній азимут якого відомий. Різниця відліків географічного та магнітного меридіанів і дає величину відмінювання.

Інклінатор - прилад для вимірювання I. Сучасна магнітометрія має два типи приладів для вимірювання способу - інклінатори стрілочний та індукційний. Перший прилад має магнітну стрілку, що обертається біля горизонтальної осі, що знаходиться в центрі вертикального лімба. Площина руху стрілки поєднується з площиною магнітного меридіана; у такому разі в ідеальних умовахмагнітна вісь стрілки в положенні рівноваги збігається з напрямком магнітної напруги даному пункті, і кут між напрямком магнітної осі стрілки та горизонтальною лінією дасть величину I. В основу конструкції індукційного інклінатора ( земного індуктора) покладено явище індукції у провіднику, що рухається в магнітному полі. Істотною особливістюприладом є котушка, що обертається біля одного зі своїх діаметрів. При обертанні такої котушки в магнітному полі землі у ній не утворюється ЕРС лише у тому випадку, коли її вісь обертання збігається з напрямком поля. Це положення осі, яке відзначається відсутністю струму в гальванометрі, на який замкнута котушка, відраховується на вертикальному колі. Кут між напрямком осі обертання котушки та горизонтом буде кутом способу.

Згадані вище прилади нині є найпоширенішими. Слід згадати особливо про магнітний теодоліт Оглоблінського, що визначає значення H/M методом компенсації Н полем магніту, для якого визначається період коливання.

У Останнім часомпочинають застосовуватися т.зв. електричні методивимірювання Н, при яких відхилення виробляються не за допомогою магніту, що відхиляє, а за допомогою магнітного поля котушок. Для досягнення тієї точності, яка потрібна від магнітних вимірів(0,2-0,02% повної напруги), робочий струм порівнюється зі струмом від нормальних елементів (компенсування методом потенціометра).

Вимірювання, зроблені різних пунктах земної поверхні, показують, що магнітне поле змінюється від пункту до пункту. У цих змінах можна побачити деякі закономірності, характер яких найкраще усвідомлюється з розгляду т. зв. магнітних карт(Фіг. 3 та 4).

Якщо нанести на топографічній основі лінії, що з'єднують точки рівних значеньбудь-якого елемента земного магнетизму, така карта представить наочну картину розподілу цього елемента біля. Відповідно різним елементамземного магнетизму є карти з різними системамиізоліній. Ці ізолінії носять спеціальні назви, зважаючи на те, який елемент вони зображають. Так, лінії, що з'єднують точки рівних відмін, звуться ізогон (лінія нульових відмін отримав назву агонічної лінії), лінії рівних способів - ізоклін і лінії рівних напруг - ізодинам . Розрізняють ізодинами горизонтальної, вертикальної складової і т. д. Якщо побудувати такі карти для всієї поверхні земної кулі, то на них можна помітити такі особливості. У екваторіальних областях спостерігаються найбільші значення горизонтальної сили(До 0,39 гауса); у напрямку до полюсів горизонтальна складова зменшується. Протилежний характер змін має місце для вертикальної складової. Лінія нульових значень вертикальної складової називається магнітним екватором. Крапки з нульовими значеннями горизонтальної сили називаються магнітними полюсамиземлі. Вони збігаються з географічними і мають координати: північний магнітний полюс - 70,5° з. ш. та 96,0° з. д. (1922 р.), південний магнітний полюс - 71,2 ° пд. ш. та 151,0° ст. буд. (1912 р.). У магнітних полюсах землі перетинаються всі ізогони.

Детальне дослідження магнітного поля землі виявляє, що ізолінії йдуть далеко не так плавно, як це дається загальною картиною. На кожній такій кривій мають місце викривлення, що порушують її плавний хід. У деяких областях ці викривлення досягають настільки великих значень, що доводиться цю ділянку виділити в магнітному відношенні з загальної картини. Такі райони звуться аномальних, і в них можна спостерігати значення магнітних елементів, що у багато разів перевищують нормальне поле. Дослідження магнітних аномалійз'ясувало їх тісний зв'язокз геологічною структурою верхніх частин земної кори, гл. обр. щодо вмісту в них магнітних мінералів і викликало до життя особливу галузь магнітометрії, що має прикладне значенняі ставить своє завдання застосування магнітометрії, вимірювань до гірської розвідки. Такі аномальні райони, що мають вже зараз велике промислове значення, знаходяться на Уралі, у Курському окрузі, у Кривому Розі, у Швеції, у Фінляндії та ін. місцях. Для дослідження магнітного поля таких областей розроблено спеціальну апаратуру (магнітометр Тіберга-Талена, локальваріометри і т. д.), що дозволяє швидко отримати потрібні результати вимірювань. Вивчення магнітного поля землі у якомусь одному пункті виявляє факт змін цього поля з часом. Детальне дослідження цих тимчасових варіацій елементів земного магнетизму призвело до встановлення їхнього зв'язку з життям земної кулі загалом. У варіаціях знаходять своє відображення обертання землі біля осі, рух землі по відношенню до сонця та ще цілий ряд явищ космічного ладу. Вивчення варіацій ведеться спеціальними магнітними обсерваторіями, забезпеченими, крім точних приладів для вимірювання елементів магнітного поля землі, ще спеціальними установками для безперервного запису тимчасових змін магнітних елементів. Такі прилади носять назву варіометрів, або магнітографів, і служать зазвичай для запису варіацій D, Н і Z. Прилад для запису варіацій відмінювання (варіометр D, або уніфіляр) має магніт з прикріпленим до нього дзеркальцем, що вільно висить на тонкій нитці. Варіації відмінювання, що полягають у поворотах площини магнітного меридіана, змушують підвішений у такий спосіб магніт повертатися. Кинутий зі спеціального освітлювача промінь, відбившись від дзеркальця магніту, дає світлову пляму, що переміщається, яка залишає слід у вигляді кривої на світлочутливому папері, навернутій на обертовий барабан або вертикально, що опускається. Лінія, прокреслена променем, відбитим від нерухомого дзеркальця, і позначки часу дозволяють отриманої магнітограмі знайти зміна D для будь-якого моменту часу. Якщо закручувати нитку, обертаючи верхню точку її прикріплення, то магніт вийде із площини магнітного меридіана; належним закручуванням можна поставити його в положення перпендикулярне первісному. У новому положенні рівноваги на магніт, з одного боку, діятиме Н, з іншого боку - момент закрученої нитки. Будь-яка зміна горизонтальної складової викликає зміну положення рівноваги магніту, і такий прилад відзначатиме варіації горизонтальної складової (варіометр Н, або біфіляр, якщо магніт підвішений на двох паралельних нитках). Запис цих варіацій ведеться так само, як і запис змін відмінювання. Нарешті, третій прилад, що служить для запису варіацій вертикальної складової (ваги Ллойда, варіометр Z), має магніт, що вагається, подібно до коромисла ваг, біля горизонтальної осі. Належним переміщенням центру ваги за допомогою пересувного грузика магніт цього приладу приводять у положення, близьке до горизонтального, і зазвичай встановлюють так, щоб площина рухів магніту була спрямована перпендикулярно площині магнітного меридіана. У разі положення рівноваги магніту визначається дією Z і ваги системи. Зміна першої величини викличе деякий нахил магніту, пропорційний до зміни вертикальної складової. Ці зміни нахилу реєструються, подібно до попереднього, фотографічним шляхом і дають матеріал для суджень про варіації вертикальної складової.

Якщо піддати криві, записані магнітографами (магнітограми), аналізу, можна знайти на них цілу низку особливостей, з яких перш за все впаде в очі чітко виражений добовий перебіг. Положення максимумів і мінімумів добового ходу, а також їх значення день у день змінюються в невеликих межах, і тому для характеристики добового ходу складаються деякі середні криві за будь-який інтервал часу. На фіг. 5 наведено криві зміни D, H і Z для обсерваторії в Слуцьку за вересень 1927 р., на яких добре помітний добовий перебіг елементів.

Найбільш наочним способом зображення варіацій є т.з. векторна діаграма, що представляє рух кінця вектора F з часом. Дві проекції векторної діаграми на площині yz та ху дані на фіг. 6. З цієї фіг. видно, як відбивається на характері добового ходу пора року: зимові місяціколивання магнітних елементів значно менше, ніж у літні.

Крім варіацій, зумовлених добовим ходом, на магнітограмах іноді помічаються різкі зміни, що досягають нерідко дуже великих значень. Такі різкі зміни магнітних елементів супроводжуються низкою інших явищ, як-от: полярних сяйвв арктичних областях, появою індукованих струмів у телеграфних та телефонних лініях, і т. д., і називаються магнітними бурями. Між варіаціями, зумовленими нормальним ходом, та варіаціями, викликаними бурями, існує докорінна відмінність. У той час як нормальні зміни протікають для кожного пункту спостережень за місцевим часом, варіації, причиною яких є бурі, протікають одночасно для всієї земної кулі. Ця обставина свідчить про різну природу варіацій обох типів.

Прагнення пояснити розподіл наслідків наземної поверхні елементів земного магнетизму призвело Гаусса до побудови математичної теоріїгеомагнетизму. Вивчення елементів земного магнетизму від перших геомагнітних вимірів виявило існування т. зв. вікового ходу елементів, та подальший розвитоктеорії Гауса складало серед інших завдань та облік цих вікових варіацій. В результаті робіт Петерсона, Неймайєра та інших дослідників є тепер формула для потенціалу, що враховує цей віковий хід.

Серед гіпотез, запропонованих для пояснень добового та річного ходугеомагнітних елементів, слід зазначити гіпотезу, запропоновану Бальфур-Стюартом і розвинену Шустером. На думку цих дослідників, у високих електропровідних шарах атмосфери під термічною дією сонячних променівз'являються переміщення газових мас. Магнітним полем землі в цих рухомих провідних масах індукуються електричні струмимагнітне поле яких і проявляється у вигляді добових варіацій. Ця теорія добре пояснює зменшення амплітуди варіацій у зимові місяці та з'ясовує переважну роль місцевого часу. Що стосується магнітних бур, то найближче дослідження показало їхній тісний зв'язок з діяльністю сонця. З'ясування зв'язку призвело до наступної загальновизнаної нині теорії магнітних обурень. Сонце в моменти найінтенсивнішої своєї діяльності викидає потоки електрично заряджених частинок (наприклад, електронів). Такий потік, потрапляючи у верхні шари атмосфери, іонізує її та створює можливість протікання інтенсивних електричних струмівмагнітне поле яких і є тими пертурбаціями, які ми називаємо магнітними бурями. Таке пояснення природи магнітних бур добре узгоджується з результатами теорії полярних сяйв, розвиненою Штермером.

Елементи земного магнетизму

Властивості магнітного поля Землі покладено основою принципу дії курсових приладів, з допомогою яких визначається і витримується напрямок польоту.

Земля є природним магнітом, навколо якого існує магнітне поле. Магнітні полюси Землі не збігаються з географічними полюсами і розташовуються не так на Землі, але в деякій глибині. Умовно приймають, що Північний магнітний полюс, що у північній частині Канади, має південним магнетизмом, тобто. притягує північний кінець магнітної стрілки, а Південний магнітний полюс, розташований у Антарктиді, має північний магнетизм, тобто. притягує себе південний кінець магнітної стрілки (рис. 4.1, а) . Положення магнітних полюсів дуже повільно змінюється.

Магнітні силові лінії виходять з Південного магнітного полюса і входять до північний полюсутворюючи замкнуті криві. Вільно підвішена магнітна стрілка встановлюється вздовж магнітних силових ліній. Елементами земного магнетизму є: напруженість, спосіб та відмінювання.

Напруженість магнітного поля Землі ( ) - Сила, з якою магнітне поле Землі діє в даній точці. Її вимірюють в ерстедах (е) та гаммах (γ = 10 -5 е). На екваторі напруженість магнітного поля Землі дорівнює 0.34 е., на середніх широтах 0.4 – 0.5 е., на магнітних полюсах 0.79 е.

а) б)

Мал. 4.1. Магнітне поле Землі:

а) магнітне поле Землі; б) елементи земного магнетизму

Вектор напруженості можна розкласти на горизонтальну та вертикальну складові (рис. 4.1, б). Останні визначаються за формулами: ; .

Вертикальна складова дорівнює 0 на магнітному екваторі та максимальній величині на магнітних полюсах. Горизонтальна складова є силою, яка встановлює магнітну стрілку у напрямі магнітних силових ліній. На магнітному екваторі вона найбільша, але в магнітних полюсах дорівнює 0.

Магнітний спосіб ()- Кут, на який магнітна стрілка нахиляється щодо площини горизонту (рис. 4.1, б). На магнітному екваторі спосіб дорівнює нулю, а на магнітних полюсах дорівнює 90°. Для усунення нахилу магнітної стрілки в авіаційних компасах у Північній півкулі обтяжують південний кінець стрілки, а Південному – північний чи зміщують точку підвіски магнітної стрілки.

Магнітний меридіан (З м)- Лінія, вздовж якої встановлюється магнітна стрілка компаса під дією вектора напруженості магнітного поля Землі (рис. 4.2, а).

Магнітне відмінювання (Δ м)- Кут, укладений між північними напрямками істинного (географічного) і магнітного меридіанів в даній точці (рис. 4.2, б). Воно вимірюється від 0 до 180 ° і відраховується від істинного меридіана на схід (вправо) зі знаком "плюс", а на захід (вліво) - зі знаком "мінус".

Мал. 4.2. Магнітне відмінювання:

а) справжні та магнітні меридіани; б) магнітне відмінювання

Елементи земного магнетизму вказуються на спеціальних магнітних картах, що складаються за наслідками магнітних зйомок. Лінії, що з'єднують точки на земній поверхні з однаковим магнітним відмінюванням певну епоху, називаються ізогонами. Ізогони наносяться на польотні та бортові карти штрихованими лініями фіолетового кольоруз урахуванням епохи (року) виміру. Магнітне відмінювання має вікові, річні, добові та епізодичні зміни. Добові та річні зміни досягають у середньому 4 – 10”, вікові 6 – 15°. Магнітні бурі – раптові зміни магнітного відмінювання, тривалістю від кількох годин до кількох діб, спричинені сонячною активністю. Величина зміни магнітного відмінювання при цьому досягає в помірних широтах до 7 °, а в полярних областях до 50 °. Крім вигонів, на польотні та бортові карти наносять магнітні аномалії. Магнітна аномалія– район із різкими та значними змінами всіх елементів земного магнетизму. Наявність магнітних аномалій пов'язані з покладами магнітних руд надрах Землі. Найбільш потужні аномалії – Курська, Криворізька, Магнітогорська, Сарбайська та ін. У районах аномалій є точки, де магнітне відмінювання сягає ± 180°. Аномалія впливає працювати магнітного компаса до висоти 1500 – 2000 м, а районі Курської магнітної аномалії відзначені випадки, як у висоті 3600 м спостерігалося відхилення магнітної стрілки компаса на 50° .

Девіація компасу та варіація.Девіація компаса викликається дією на стрілку компаса магнітного поля, створюваного сталевими та залізними деталями повітряного судна та електромагнітного поля, що виникає під час роботи електро- та радіообладнання ПС. У результаті магнітну стрілку компаса, крім магнітного поля Землі, діє ще магнітне полі ЗС.

Компасний меридіан (С к)- Лінія, вздовж якої встановлюється магнітна стрілка компаса, що знаходиться на ПС. Компасний та магнітний меридіани не збігаються.

Девіація компасу (Δк)- Кут, укладений між північними напрямками магнітного і компасного меридіанів (рис. 4.3, а). Вона відраховується від магнітного меридіана на схід (вправо) зі знаком "плюс", а на захід (вліво) - зі знаком "мінус".

Мал. 4.3. Девіація компасу та варіація:

а) девіація; б) варіація

Варіація (Δ)- Кут, укладений між північними напрямками істинного та компасного меридіанів (рис. 4.3, б). Вона відраховується від справжнього меридіана на схід (вправо) зі знаком "плюс", а на захід (вліво) - зі знаком "мінус". Варіація дорівнює алгебраїчній сумімагнітного відмінювання та девіації компасу Δ = (±Δ м) + (±Δ к).

4.2. Види курсів повітряного судна. Напрямок поздовжньої осі ПС у площині горизонту характеризується курсом, який є одним із основних навігаційних елементів польоту.

Курс повітряного судна- Кут, в горизонтальній площині між напрямком, прийнятим за початок відліку, і проекцією на цю площину його поздовжньої осі. Курс відраховується від напрямку, прийнятого за початок відліку, до поздовжньої осі ПС по ходу стрілки годинника від 0 до 360° (рис. 4.4). При використанні магнітного або гіромагнітного компасу за початковий напрямок відліку приймають компасний або магнітний меридіани, а при використанні курсових систему режимі «ДПК» - умовний (опорний) меридіан.

Мал. 4.4. Курси повітряного судна

Залежно від меридіана відліку курси можуть бути: істинними, магнітними, компасними та умовними.

Істинний курс (ІК)- Кут, укладений між північним напрямом істинного меридіана, що проходить через НД, і поздовжньою віссю НД.

Магнітний курс (МК)- Кут, укладений між північним напрямом магнітного меридіана, що проходить через НД, і поздовжньою віссю НД.

Компасний курс (КК)- Кут, укладений між північним напрямком компасного меридіана, що проходить через НД, і поздовжньою віссю НД.

Умовний курс (КК)- Кут, укладений між північним напрямом умовного (опорного) меридіана, що проходить через ПС, і поздовжньою віссю ПС.

За виконання різних навігаційних розрахунків необхідно вміти переходити від одного курсу до іншого. Переклад курсів виконують аналітично чи графічно. З рис. 4.4 можна отримати такі аналітичні залежності:

МК = КК + (±Δ к); КК = МК - (±Δ до);

ІЧ = МК + (±Δ м); МК = ІЧ - (±Δ м);

ІЧ = КК + (±Δ к) + (±Δ м); КК = ІЧ – (±Δ м) – (±Δ к);

ІЧ = КК + (±Δ); КК = ІЧ - (±Δ).

При перекладі курсів розрахунок магнітного відмінювання, девіації компасу та варіації виконують за формулами:

Δ м = ІЧ - МК; Δ к = МК - КК; Δ = ІЧ – КК; Δ = (±Δ м) + (±Δ к).

Залежність між умовним, істинним та магнітним курсами визначається за формулами:

КК = ІЧ + (±Δ а); КК = МК + (±Δ м.у).

При аналітичному перекладікурсів необхідно керуватися наступними правилами:

1) якщо визначають магнітний чи істинний курс за компасним курсом, то девіацію компаса, магнітне відмінювання та варіацію враховують зі своїм знаком, тобто. алгебраїчно додають (рис. 4.5);

2) якщо визначають магнітний чи компасний курс за істинним курсом, то магнітне відмінювання, девіацію компаса і варіацію враховують із зворотним знаком, тобто. алгебраїчно віднімають.

Мал. 4.5. Правила перекладу курсів

Для графічного перекладу курсів необхідно на аркуші паперу провести північний напрямок меридіана того курсу, який за умовою завдання, від нього відкласти напрямок поздовжньої осі ЗС (значення заданого курсу). Потім проводять інші меридіани з урахуванням символу девіації та магнітного відмінювання. Значення курсів визначають за схемою.

приклад.КК = 270 °; Δ до = +5 °; Δ м = -10 ° (рис. 4.6). Визначити МК, ІЧ та варіацію.

Рішення. МК = КК + (±Δ к) = 270 ° + (+5 °) = 275 °;

ІЧ = МК + (±Δ м) = 275 ° + (-10 °) = 265 °;

Δ = (±Δ м) + (±Δ к) = (-10 °) + (+5 °) = -5 °.

Мал. 4.6. Графічний переклад курсів

У практиці аеронавігації доводиться вирішувати навігаційні завдання, пов'язані з пеленгуванням орієнтирів. Пеленгування передбачає визначення курсових кутів орієнтирів та пеленгів.

Курсовий кут орієнтиру (КУО)- Кут, укладений між поздовжньою віссю ПС і напрямком на орієнтир (рис. 4.7). Його відраховують від поздовжньої осі ПС до напрямку на орієнтир протягом годинної стрілки від 0 до 360°.

Пеленг орієнтира (ПЗ)- Кут, укладений між північним напрямом меридіана, що проходить через ВС, і напрямом на орієнтир. Його відраховують від північного напрямку меридіана до напрямку на орієнтир протягом годинної стрілки від 0 до 360°. Пеленг орієнтира може бути істинним (ІПО) та магнітним (МПО). Між пеленгом, курсом та курсовим кутом орієнтиру існує така залежність:

МПО = МК + КУО; КУО = МПО - МК; МК = МПО - КУО.

Мал. 4.7. Пеленг та курсовий кут орієнтира

До основних характеристик магнітного поля Землі, які називають елементами земного магнетизму, відносяться: напруженість (Н т), горизонтальна (Н) та вертикальна (Z) складові повного вектора напруженості Н т, магнітне відмінювання (D) та спосіб (I). Напрямок повного вектора напруженості визначає напрямок магнітних силових ліній, тобто ліній, у кожній точці яких вектор Н т, спрямований щодо до них. Магнітним відмінюваннямназивають кут між напрямком географічного меридіана та вектором Н (або напрямом магнітного меридіана). Якщо магнітна стрілка відхиляється вправо від географічного меридіана, то відмінювання називають східним (або позитивним), якщо вліво, то відмінювання буде західним (негативним). Нахилення - це кут між горизонтальною площиною і повним векторомнапруженості Н т. Розмір I змінюється від –90 0 ( Південна півкуля) до +90 0 (Північна півкуля).

Елементи земного магнетизму вимірюють у різних точкахземної кулі у процесі проведення магнітних зйомок на суші, морях, океанах, атмосфері. Перша магнітна зйомка у Росії було проведено 1586 року. у гирлі р.Печори. До 1917 року. вже налічувалося 8000 зйомок; у період 1931 – 1936 р. було здійснено генеральну магнітну зйомку, в ході якої проведено 12000 вимірювань. До 1950 року. число магнітометричних пунктів досягло 26000. Результати вимірювань представляють у вигляді магнітних карт, які відображають в ізолінії просторовий розподіл будь-якого одного елемента (Н, Z, D, I). Першу карту побудував Галлей (1700 р.) карти будуються для регіонів і земної кулі загалом певний час, як такий момент обрана середина року (1 липня) - це так звана магнітна епоха. Світові карти будують Англія, Росія, США. Окрім карт складається каталог магнітних даних.

Ізолінії значень D називаються ізогонами. Карта ізогону нагадує хід меридіанів: ізогони виходять з однієї області, сходяться в іншій, майже протилежній. Відмінність від меридіанів, які сходяться в районі полюсів, полягає в тому, що в кожній півкулі є по дві області збіжності вигнання: одна - це магнітний полюс, інша - географічний. Там значення D змінюються не більше ±180 0 .

Лінії рівних значень I – ізокліни. Карти ізоклін є сімейством кривих широтного напряму. Нульова ізоклина (магнітний екватор) огинає земну кулю поблизу екватора, віддаляючись від нього на 15 0 в районі Південної Америки. У районі південного магнітного полюса (Північна півкуля) 90 0 .

Лінії рівних значень Н та Z – ізодини. Карти ізодин (Z) повторюють карти ізоклін: на магнітному екваторі Z = 0; на полюсах Z = Н т = 48-55 А/м. Значення горизонтальної складової Н т – Н змінюються від Н = 0 на полюсах до Н = 32 А/м на магнітному екваторі, де Н = Н т.

На картах ізопор показується швидкість усунення будь-якого ЕЗМ. Період повного обігу МПЗ приблизно 2 тис. Років.