Які величини належать до елементів земного магнетизму. Класична фізика

До основних характеристик магнітного поляЗемлі, 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 відмінюванням називають кут між напрямком географічного меридіана та вектором Н (або напрямком 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 площиноюі повним вектором напруженості Н т. Величина I змінюється від -900 ( 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 ізокліна (магнітний екватор) огинає земну кулюпоблизу екватора, віддаляючись від нього на 15 0 в районі Південної Америки.

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.

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 площиною називається магнітною наклопенням 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 земної 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 загальному випадкуплощина магнітного меридіана не збігається із площиною істинного меридіана. Кут, на який площина магнітного меридіана відхиляється від площини істинного меридіана в даній точці земної поверхні, називається магнітним відміненням d.

Магнітне відмінюваннявідраховується в площині горизонту від північної частини 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. (Рис)

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, може досягати кількох десятків градусів, а між однойменними магнітними і географічними полюсами 180°.

Повну силуземного 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 компасуна екваторі та поблизу нього найбільш сприятливі. 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 .

§ 15. Земний магнетизм та його елементи. Магнітні карти

Положення магнітних полюсів залишається незмінним, координати їх повільно змінюються. Наближені координати магнітних полюсів у 1950 р. були такі:

Північного - φ ~ 76 ° N; Л ~ 96 ° W;

Південного - φ ~ 75 ° S; Л ~ 150 ° O st.

Магнітна вісь Землі - пряма, що з'єднує магнітні полюси, проходить поза центром Землі, і складає з її віссю обертання приблизно кутблизько 1г,5.

Сила магнітного поля Землі характеризується вектором напруженості Т, який у будь-якій точці земного магнітного поля спрямований по дотичних силовим лініям. На рис. 18 сила земного магнетизму в точці А зображена за величиною та напрямом вектора AF. Вертикальну площину NmAZF, в якій розташовується вектор AF, а отже, і вісь вільно підвішеної магнітної стрілки, називають площиною магнітного меридіана.Ця площина складає з площиною справжнього меридіана NuAZM кут РАН, який називають магнітним відмінюваннямта позначають буквою d.

Рис. 18.

Кут NmAF, утворений вектором AF з площиною істинного горизонту NuAH, називають магнітним способомі позначають буквою ст.

Магнітний спосіб відраховують від горизонтальної площини вниз від 0 до 90° і вважають позитивним, якщо опущений північний кінець магнітної стрілки, і негативним, - якщо опущений південний кінець.

Крапки на земній поверхні, у яких вектор Т спрямований горизонтально, утворюють замкнуту лінію, що двічі перетинає географічний екватор і називається магнітним екватором.Повну силу земного магнетизму - вектор Т - можна розкласти на горизонтальну Н і вертикальну складові Z в площині магнітного меридіана. З рис. 18 маємо:

H = TcosO, Z = Tsin O або Z = HtgO.

Величини d, Н, Z та O, що визначають магнітне поле Землі в даній точці, називають елементами земного магнетизму.

Розподіл елементів земного магнетизму поверхнею земної кулі прийнято зображати на спеціальних картахяк кривих ліній, що з'єднують точки з однаковим значенням тієї чи іншої елемента. Такі лінії називають ізолініями.Криві рівного магнітного відмінювання - ізогонинаносять на карти ізогону (рис. 19); криві, що з'єднують точки з рівною магнітною напругою, називають ізодинами, або ізодинамами.Криві, що з'єднують точки з рівним магнітним способом - ізокліни,наносять на карти ізоклін.

Рис. 19.

Всі елементи земного магнетизму в будь-якій точці земної поверхні схильні до змін, що мають назву варіацій. Зміни елементів земного магнетизму поділяються на періодичні та неперіодичні (або обурення).

До періодичних відносяться вікові, річні (сезонні) та добові зміни. З них добові та річні варіації невеликі і для судноводіння до уваги не беруться. Вікові ж варіації є складне явищез періодом, рівним кільком століттям. Величина вікового зміни магнітного відмінювання коливається у різних точках земної поверхні не більше від 0 до 0,2-0°,3 на рік. Тому на морських картах магнітне відмінювання компаса наводиться до певного року із зазначенням величини річного збільшення чи зменшення.

Щоб привести відміну до року плавання, треба розрахувати її зміну за минулий час і на отриману поправку збільшити або зменшити відміну, вказану на карті в районі плавання.

приклад 18.Плавання відбувається у 1968 р. Відмінювання компаса, знято з карти, d = 11°, 5 Про st наведено до 1960 р. Річний збільшення відмінювання 5" .Привести відмінювання до 1968 р.

Рішення.Проміжок часу з 1968 по 1960 р. дорівнює восьми рокам; зміна Аd = 8 х 5 = 40" ~0 °, 7. Відмінювання компаса в 1968 р. d = 11 °. 5 + 0 °, 7 = - 12 °, 2 O st

Раптові короткочасні зміни елементів земного магнетизму (обурення) називаються магнітними бурями, виникнення яких обумовлено північними сяйвамита кількістю плям на Сонці. У цьому спостерігаються зміни відмінювання в помірних широтах до 7°, а полярних областях - до 50°.

У деяких районах земної поверхні відмінювання різко відрізняється за величиною та знаком від його значень у прилеглих точках. Це носить назву магнітної аномалії. На морських картах вказують межі районів магнітної аномалії. При плаванні цих районах необхідно уважно стежити над роботою магнітного компаса, оскільки точність роботи порушується.

ЕЛЕМЕНТИ ЗЕМНОГО МАГНЕТИЗМУ - проекції повного вектора напруженості земного магнітного поля Т(Див. Поле Землі магнітне) па.осі координат та горизонтальну пл., а також кути відмінювання та способу. Вектор проекції Тна горизонтальну пл. називається горизонтальною складовою (H) - на вертикальну вісь - вертикальною складовою (Z), на вісь X (спрямовану географічним меридіаном на С) - сівбу. складовою (X) і на вісь Y (спрямовану по географічної паралеліна В) – сх. складника (Y). Кутом відмінювання (D) називається кут між географічним меридіаном і горизонтальною складовою H (відмінювання вважається позитивним при відхиленні H до В). Кутом способу (I) називається кут між вектором Тта горизонтальній пл. (нахил вважається позитивним при відхиленні Твниз). Напруженість магнітного поля Землі (Т, Н, X, Y, Z)вимірюється в ерстеди,міліерстедах та гаммах.Кути відмінювання та способу вимірюються в градусах. Залежно від використовуваної при розрахунках системи координат для повної характеристикивеличини та побудови у просторі вектора Тдосить 3-х е. з. м.: прямокутної системикоординат - X, Y, Z;в циліндричній - H, Z, D; всферичної - Т, D, I.

Між Е. з. м. існують наступні співвідношення: 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; Е . з. м. не залишаються незміненими у часі, а безперервно змінюють свої значення (див. Варіації магнітні.Для совр. епохи на поверхні Землі H змінюється в межах від 0,4 е. на магнітному екваторі (в р-ні Зондських островів) до нуля на магнітні полюси. Zзмінюється від 0,6 е в р-ні магнітних полюсів до нуля на магнітному екваторі. Відмінювання змінюється в межах від нуля на екваторі до ± 180° (на магнітних та географічних полюсах). Нахилення - у межах від нуля (на екваторі) до ±90° (на магнітних полюсах). У магніторозвідці використовуються Т, Zі Н,оскільки напруженість аномального магнітного поля функціонально пов'язана з параметрами тіл, що обурюють. Іноді для характеристики положення аномальної горизонтальної складової вимірюють також D.Див. Магніторозвідка. Ю. П. Тафєєв.

Геологічний словник: у 2-х томах. - М: Надра. За редакцією К. Н. Паффенгольця та ін.. 1978 .

Дивитись що таке "ЕЛЕМЕНТИ ЗЕМНОГО МАГНЕТИЗМУ" в інших словниках:

КАРТА ЕЛЕМЕНТІВ ЗЕМНОГО МАГНЕТИЗМУ- магнітна карта, довідкова морська картаз нанесеними на неї елементами земного магнетизму, складається в меркаторської проекції із загальною картографич. основою всім елементів. Карта призначена для загального вивченнястану магнітного… … Морський енциклопедичний довідник

Геомагнетизм, магнітне поле Землі та навколоземного космічного простору; розділ геофізики, що вивчає розподіл у просторі та зміни в часі геомагнітного поля, а також пов'язані з ним геофізичні процеси в Землі та… Велика Радянська Енциклопедія

Магнітне поле Землі, існування якого обумовлено дією постійних джерел, розташованих усередині Землі (див. Гідромагнітне динамо) і створюють основний компонент поля (99%), а також змінних джерел ( електричних струмів) в ... ... Енциклопедичний словник

1976 року. Зміст … Вікіпедія

Прилад вимірювання магнітного поля Землі повітря. Встановлюється літаком або гелікоптером, може входити до складу аерогеофізичної станції. Найчастіше у повітрі вимірюється повний векторнапруженості земного магнітного поля Т чи його… Геологічна енциклопедія

Географічні дослідження Російської імперії та розвиток географічної наукив Росії. Перші географічні відомостіпро простір, що становить нині Російську імперію, ми знаходимо у іноземних письменників. Іноземці були і… … Енциклопедичний словник Ф.А. Брокгауза та І.А. Єфрона

- (Magnetic charts) карти, на яких вказується величина відмінювання у вигляді ліній рівних відмін або інші елементи земного магнетизму. Самойлов К. І. Морський словник. М. Л.: Державне Військово-морське Видавництво НКВМФ Союзу РСР, 1941 … Морський словник

магніт. поле Землі, існування до рого обумовлено дією пост. джерел, розташованих усередині Землі (див. Гідромагнітне динамо) і створюють осн. компонент поля (99%), а також змінних джерел (електрич. струмів) у магнітосфері та… Природознавство. Енциклопедичний словник

Наука про магнітне поле Землі. Р. вивчає структуру та зміни в часі магнітного поля Землі, походження цього поля та способи його вимірювань. Дані Р. використовуються в багатьох науках магніторозвідці, геодезії, палеомагнетизмі. Син: магнетизм … Геологічна енциклопедія

Лінії, що з'єднують на географічної картиточки з однаковими значеннямимагнітного відмінювання. Положення їх на магнітних картахвідноситься до певній епосі. Див. Елементи земного магнетизму. Геологічний словник: у 2-х томах. М.: Надра. Під… … Геологічна енциклопедія

Книги

• Земний магнетизм, Тарасов Л.В. У навчально-популярній формі розповідається про земний магнетизм. Розглядаються як геомагнітне поле на земній поверхні (елементи земного магнетизму, магнітні карти, дрейф та інверсія).

Земля загалом є кульовий магніт, полюси якого лежать поблизу географічних полюсів: поблизу північного географічного полюсарозташований південний магнітний S (~11,5º до осі обертання Землі), а поблизу південного географічно-північний магнітний полюс N. Магнітні полюси дрейфують, імовірно південний магнітний полюс на північний захід.

Кут між географічним та магнітним меридіаном називається магнітним відхиленням β (рис. 1).

Вектор повної напруженості (магнітної індукції B=μ 0 H) спрямований щодо силових ліній магнітного поля Землі. Магнітна стрілка, підвішена на нитці, встановлюється в напрямі вектора повної напруженості магнітного поля Землі, який можна розкласти на дві складові: горизонтальну H і вертикальну H (рис. 4).

Співвідношення між горизонтальною та вертикальною складовою залежить від географічне положення. Чим ближче на північ, тим стрілка встановлюється крутіше вниз. Тому для характеристики магнітного поля Землі вводиться кут α – кут способу.

Магнітна стрілка, яка може обертатися лише біля вертикальної осі, відхилятиметься тільки під дією вектораН г, встановлюючись у площині магнітного меридіана. Ця властивість магнітної стрілки використовується у компасах.

Отже, для характеристики магнітного поля Землі використовуються:

1. Магнітне відмінювання β

2. Кут способу α

3. Горизонтальна складова магнітного поля Землі H г:

Нг = Нcosαабо Bг = Bcosα

Методика вимірювань горизонтальної (H г) і вертикальної H у складових магнітного поля Землі.

Величини, що характеризують магнітне поле Землі, можна виміряти двома методами.

1)Метод тангенс-бусолі дозволяє визначити горизонтальну складову магнітного поля H г .

Усередині котушки міститься компас. Площина котушки встановлюється площині магнітного меридіана, тобто. уздовж магнітної стрілки компасу. Коли через котушку проходить струм, у ній створюється магнітне поле. перпендикулярна площинакотушки та стрілка компаса встановлюється у напрямку результуючого магнітного поля.

На рис.5 зображено перетин котушки.

Напруженість магнітного поля у центрі кругового струму , а в центрі кругової котушки зі струмом з урахуванням числа витків:

З рис.5 випливає, що тоді:

.

Після логарифмічного диференціюванняцієї формули, отримаємо формулу для розрахунку похибки

(2)

звідси випливає, що похибка буде мінімальною, якщо sin 2α =1 тобто. α = 45 °. Отже, потрібно вибирати таку силу струму в ланцюзі, щоб відхилення магнітної стрілки було близьким до 45° і тоді

де N- Число витків котушки, N=400 витків; R – середній радіускотушки, R=35 мм.

2)Метод, який використовує явище електромагнітної індукціїдозволяє визначити горизонтальну H г і вертикальну H в складові індукції магнітного поля Землі .

Установка складається з індуктора (рис.1) та вимірювального пристрою, який вираховує середнє значення потоку ЕРС індукціїщо виникає в котушці під час її обертання.

Магнітна індукція В г і В визначається за формулою.

де S – площа котушки.

Якщо рамка на якій закріплена котушка встановлена ​​горизонтально, то (вісь обертання котушки горизонтальна) вимірювальний пристрійвимірює поток<E i Δt>, що створюється вертикальною складовою B ст.

Якщо рамка встановлена ​​вертикально, вимірювальний пристрій вимірює потоку<E i Δt>, що створюється горизонтальною складовою B р.

Т.к. у відсутності середовища магнітна індукція та напруженість магнітного поля пов'язані співвідношенням:

де - магнітна стала =4 10 -7 Гн/м.