Laboratuvar çalışması 230 DÜNYANIN MANYETİK ALAN GÜCÜNÜN YATAY BİLEŞENİNİN BELİRLENMESİ Teorik bölümI. Karasal manyetizmanın unsurları. Dünya devasa bir küresel mıknatıstır. Dünyayı çevreleyen uzayın ve yüzeyindeki herhangi bir noktada, manyetik kuvvetlerin etkisi tespit edilir; alana benzer bir manyetik alan yaratılır. manyetik dipol“av” Dünyanın merkezine yerleştirilmiştir (Şek. I). Dünyanın manyetik kutupları coğrafi kutupların yakınında yer alır: kuzey coğrafi kutup C'nin yakınında güney manyetik S vardır ve güney coğrafi U'nun yakınında "kuzey manyetik N vardır. Dünyanın manyetik ekvatordaki manyetik alanı yatay olarak yönlendirilir (B noktası), ve manyetik kutuplarda dikey olarak yönlendirilir (A noktası). Dünya yüzeyinin diğer noktalarında, dünyanın manyetik alanı yüzeye belirli bir açıyla düzeltilir (K noktası). manyetik alan Dünya manyetik bir iğne kullanılarak takip edilebilir. Oku, askı noktası ağırlık merkezi ile çakışacak şekilde bir ipliğe asarsanız, Şekil 1, o zaman teğet yönünde monte edilecektir. Güç hattı Dünyanın manyetik alanı. Maxwell teorisinin temelleri ve özellikleri hakkında bilgi edinin elektromanyetik dalgalar ve iki telli bir hatta elektromanyetik dalgaların yayılma mekanizması Manyetizma, elektrik akımları arasındaki, akımlar ile mıknatıslar (manyetik momenti olan cisimler) arasındaki ve mıknatıslar arasındaki etkileşimi inceleyen bir fizik dalıdır. İki paralel iletkenin akımla etkileşimi. Biot-Savart-Laplace ve Ampere yasaları iki şey arasındaki etkileşimin kuvvetini belirlemek için kullanılır. paralel iletkenler akım ile. Manyetik indüksiyon vektör akısı. Manyetik alan için Gauss teoremi. Atomların manyetik momentleri.İçin tam açıklama atom bilgisine ihtiyaç var kuantum mekaniği E. Rutherford tarafından önerilen atom. Bir maddenin mıknatıslanması. Daha önce akım taşıyan ve manyetik alan oluşturan tellerin boşlukta olduğunu varsayıyorduk. Teller herhangi bir ortamda bulunuyorsa yarattıkları manyetik alanın büyüklüğü değişecektir. Mıknatıs türleri. Örneğin bir solenoid tarafından oluşturulan güçlü bir manyetik alanla bir deney yapalım. Bir solenoid (etrafına akımın aktığı, etrafına tel sarılmış bir silindir) kendi içinde Dünya'nın manyetik alanından 100.000 kat daha büyük bir manyetik alan yaratabilir. Böyle bir manyetik alana yerleştireceğiz çeşitli maddeler ve manyetik alan kuvvetinin onlara nasıl etki ettiğini gözlemleyin. Niteliksel sonuçlar benzer deneyimler oldukça çeşitli olduğu ortaya çıkıyor. Ferromıknatısların etki alanı yapısı. Klasik teori ferromanyetizma geliştirildi Fransız fizikçi P. Weissom (1907). Bu teoriye göre, Curie noktasının altındaki bir sıcaklıkta bulunan ferromanyetik bir numunenin tüm hacmi, kendiliğinden doyuma kadar mıknatıslanan küçük alanlara - alanlara - bölünür. Elektromanyetik indüksiyonun temel yasası. En Büyük Fizikçi XIX yüzyılda Michael Faraday elektrik ile elektrik arasında olduğuna inanıyordu. manyetik olaylar yakın bir ilişki bulunmaktadır. Ampere, Biot ve diğer bilim insanları bu ilişkinin zaten aşina olduğumuz bir yönünü ortaya çıkardılar: manyetik eylem akım Karşılıklı indüksiyon olgusu Maxwell'in elektromanyetik alan teorisi. 60'larda yıl XIX yüzüncü yıl D.K. Faraday'ın çalışmalarıyla tanışan Maxwell, elektrik ve manyetizma teorisine matematiksel bir form vermeye karar verdi. Oluşturulan yasaları özetlemek deneysel olarak– toplam akım kanunu, kanun elektromanyetik indüksiyon, eğim açısı olarak adlandırılır (Şekil 2'de - açı α). Dünyanın manyetik alan kuvveti vektörü iki bileşene ayrılabilir: yatay ve dikey. Şekil 2, Dünya'nın manyetik alanında bir L ipliği üzerinde asılı duran manyetik iğne NS'nin konumunu göstermektedir. Okun kuzey ucunun N yönü, Dünya'nın manyetik alan kuvvetinin yönü ile örtüşmektedir. Çizimin düzlemi manyetik meridyenin düzlemiyle çakışmaktadır. Deklinasyon açıları hakkında bilgi sahibi olmak ve yatay bileşenin yanı sıra sapma, yüzeydeki belirli bir noktada Dünya'nın manyetik alanının gücünün büyüklüğünü ve yönünü belirlemeyi mümkün kılar. Yatay bileşen, sapma açısı β ve eğim açısı α karasal manyetizmanın ana unsurlarıdır. Zamanla, dünyanın manyetizmasının tüm unsurları ve manyetik kutupların konumu değişir. Karasal manyetizmanın kökeni şu anda tam olarak anlaşılamamıştır. En son hipotezlere göre, Dünya'nın manyetik alanı, Dünya'nın çekirdeğinin yüzeyi boyunca dolaşan akımların yanı sıra mıknatıslanmayla da ilişkilidir. kayalar. 2. Teğet galvanometre yöntemi. Manyetik bir iğne yalnızca dikey bir eksen etrafında dönebiliyorsa, o zaman manyetik meridyen düzleminde Dünya'nın manyetik alanının yatay bileşeninin etkisi altında konumlandırılacaktır. Manyetik iğnenin bu özelliği teğet galvanometrede kullanılır. Manyetik meridyen düzleminde dikey olarak yerleştirilmiş, birbirine sıkıca bitişik, N dönüşlü dairesel bir iletkeni düşünelim. İletkenin ortasına kendi etrafında dönebilen manyetik bir iğne yerleştiriyoruz. dikey eksen. Bobinden bir I akımı geçerse, bobin dönüşlerinin düzlemine dik yoğunlukta bir manyetik alan ortaya çıkar (Şekil 3). Bu durumda, N1 S1 manyetik iğnesine karşılıklı olarak dik iki manyetik alan etki edecektir: Dünyanın manyetik alanının yatay bileşeni ve mevcut manyetik alan. Şekil 3, yatay bir düzlemde bir bobin dönüşünün (A ve B) kesitlerini göstermektedir. A bölümünde akım, çizim düzleminin “dışarısına” dik olarak yönlendirilir. Kombinasyon halinde akım, çizim düzleminin ötesine ve ona dik olarak yönlendirilir. Noktalı eğriler akımın manyetik alan çizgilerini ifade eder. NS oku manyetik meridyenin yönünü gösterir. Şekil 3

Karasal manyetizmanın unsurları olarak adlandırılan Dünya'nın manyetik alanının ana özellikleri şunları içerir: toplam yoğunluk vektörünün Нт yoğunluk (Нт), yatay (Н) ve dikey (Z) bileşenleri, manyetik sapma(D) ve eğim (I). Toplam gerilim vektörünün yönü, manyetik kuvvet çizgilerinin yönünü, yani Ht vektörünün kendilerine teğet olarak yönlendirildiği her noktadaki çizgileri belirler. Manyetik sapma, coğrafi meridyenin yönü ile H vektörü (veya manyetik meridyenin yönü) arasındaki açıdır. Manyetik iğne coğrafi meridyenden sağa saparsa, sapma doğu (veya pozitif) olarak adlandırılır, sola doğru ise sapma batı (negatif) olacaktır. Eğim, yatay düzlem ile toplam gerilim vektörü N t arasındaki açıdır. I değeri –90 0 ( Güney Yarımküre) ila +90 0 ( Kuzey Yarımküre Bu nedenle, Ht vektörü Dünya yüzeyine doğru yönlendirildiğinde, eğim pozitif kabul edilir ve Dünya'dan yukarı doğru - negatif olarak kabul edilir.

Karasal manyetizmanın unsurları, karada, denizlerde, okyanuslarda ve atmosferde yapılan manyetik araştırmalar sırasında dünyanın çeşitli noktalarında ölçülür. Rusya'daki ilk manyetik araştırma 1586'da Pechora Nehri'nin ağzında gerçekleştirildi. 1917'de zaten 8.000 anket vardı; 1931 – 1936 döneminde 12.000 ölçümün alındığı genel bir manyetik araştırma yapıldı. 1950'ye gelindiğinde manyetometrik noktaların sayısı 26.000'e ulaştı. Ölçüm sonuçları, herhangi bir elementin (H, Z, D, I) izolinlerdeki uzaysal dağılımını yansıtan manyetik haritalar biçiminde sunuldu. İlk harita Halley (1700) tarafından yapılmıştır. Haritalar belirli bir zamanda bölgeler ve bir bütün olarak dünya için yapılmıştır, yılın ortası (1 Temmuz) böyle bir an olarak seçilmiştir - bu böyledir. manyetik çağ denir. Dünya haritaları İngiltere, Rusya ve ABD tarafından oluşturulmuştur. Haritalara ek olarak bir manyetik veri kataloğu da derleniyor.

D değerlerinin izolinlerine izogon denir. İzogon haritası meridyenlerin seyrini andırır: izogonlar bir bölgeden çıkar ve neredeyse karşıt olan başka bir bölgede birleşir. Kutupların yakınında birleşen meridyenlerden farkı, her yarım kürede izogonların iki yakınsama alanının bulunmasıdır: biri manyetik kutup, diğeri coğrafi kutuptur. Orada D değerleri ±180 0 aralığında değişmektedir.

çizgiler eşit değerler I – izoklinler. İzoklinik haritalar bir enlem eğrileri ailesidir. Sıfır izoklin (manyetik ekvator) dolaşır küre ekvatora yakın, Güney Amerika bölgesinde 15 0 uzaklaşıyor Güney manyetik kutbu bölgesinde (Kuzey Yarımküre) I = +90 0, Kuzey manyetik kutbu bölgesinde (Güney Yarımküre) I =. -90 0.

H ve Z'nin eşit değerlerine sahip çizgiler izodinlerdir. İzodin (Z) haritaları izoklin haritalarını tekrarlar: manyetik ekvatorda Z = 0; Z = N t = 48-55 A/m kutuplarında. Yatay bileşen Нт – Н'nin değerleri kutuplarda Н = 0'dan manyetik ekvatorda Н = 32 A/m'ye kadar değişir, burada Н = Нт.

İzopore haritaları herhangi bir EEM'nin yer değiştirme oranını gösterir. MPZ'nin tam dolaşım süresi yaklaşık 2 bin yıldır.

Bir bütün olarak Dünya, kutupları coğrafi kutupların yakınında bulunan küresel bir mıknatıstır: kuzey coğrafi kutbunun yakınında bir güney manyetik kutbu S vardır (Dünya'nın dönme eksenine ~ 11,5°) ve güney coğrafi kutbunun yakınında da vardır. kuzey manyetik kutbu N'dir. Manyetik kutuplar, muhtemelen güney manyetik kutbu kuzeybatıya doğru sürüklenir.

Coğrafi meridyen ile manyetik meridyen arasındaki açıya ne ad verilir? manyetik sapma β (Şekil 1).

Toplam yoğunluk vektörü (manyetik indüksiyon B=μ 0 H), Dünya'nın manyetik alanının kuvvet çizgilerine teğet olarak yönlendirilir. Bir iplik üzerinde asılı duran manyetik bir iğne, Dünya'nın manyetik alanının toplam gücünün vektörü yönünde ayarlanır ve bu, iki bileşene ayrılabilir: yatay Hg ve dikey Hb (Şekil 4).

Yatay ve dikey bileşenler arasındaki oran aşağıdakilere bağlıdır: coğrafi konum. Kuzeye ne kadar yakınsa ok o kadar dik durur. Bu nedenle, Dünyanın manyetik alanını karakterize etmek için bir açı eklenir α – eğim açısı.

Yalnızca dikey bir eksen etrafında dönebilen manyetik bir iğne, yalnızca Hr vektörünün etkisi altında sapacak ve manyetik meridyen düzlemine yerleşecektir. Manyetik iğnenin bu özelliği pusulalarda kullanılır.

Dolayısıyla, Dünyanın manyetik alanını karakterize etmek için aşağıdakiler kullanılır:

1. Manyetik sapma β

2. Eğim açısı α

3. Dünyanın manyetik alanı H g'nin yatay bileşeni:

N g = Нcosα veya B g = Bcosa

Dünyanın manyetik alanının bileşenlerinde yatay (H g) ve dikey H'yi ölçme metodolojisi.

Dünyanın manyetik alanını karakterize eden büyüklükler iki yöntemle ölçülebilir.

1)Teğet pusula yöntemi, H g manyetik alanının yatay bileşenini belirlemenizi sağlar .

Bobinin içine bir pusula yerleştirilir. Bobinin düzlemi manyetik meridyen düzlemine ayarlanır, yani. pusulanın manyetik iğnesi boyunca. Akım bir bobinden geçtiğinde, içinde bir manyetik alan oluşur düzleme dik bobinler ve pusula iğnesi ortaya çıkan manyetik alan yönünde ayarlanır.

Şekil 5 bobinin kesitini göstermektedir.

Dairesel bir akımın merkezindeki manyetik alan kuvveti ve dönüş sayısını dikkate alarak akımlı dairesel bir bobinin ortasında:

Şekil 5'ten şu sonuç çıkıyor: , Daha sonra:

.

Bu formülün logaritmik farklılaşmasını yaptıktan sonra hatayı hesaplamak için bir formül elde ederiz.

(2)

şu durumda hatanın minimum olacağı sonucu çıkar: günah 2α =1 yani α =45°. Bu, devrede manyetik iğnenin sapması 45°'ye yakın olacak şekilde bir akım gücü seçmeniz gerektiği anlamına gelir ve ardından

Nerede N– bobin dönüş sayısı, N=400 dönüş; R – ortalama yarıçap bobinler, R=35mm.

2) Elektromanyetik indüksiyon olgusunu kullanan bir yöntem, Dünya'nın manyetik alanının indüksiyonunun yatay H g ve dikey H bileşenlerini belirlememize olanak tanır.

Kurulum bir indüktörden (Şekil 1) ve ortalama akış değerini hesaplayan bir ölçüm cihazından oluşur. indüklenen emk bobin döndüğünde meydana gelir.

Manyetik indüksiyon Bg ve Bb formülle belirlenir.

burada S bobinin alanıdır.

Bobinin monte edildiği çerçeve yatay olarak monte edilmişse, o zaman (bobin dönme ekseni yataydır) ölçüm cihazı akışı ölçer<e i Δt> düşey B bileşeni tarafından yaratılmıştır.

Çerçeve dikey olarak monte edilirse ölçüm cihazı akışı ölçer<e i Δt> yatay bileşen B g tarafından yaratılmıştır.

Çünkü bir ortamın yokluğunda, manyetik indüksiyon ve manyetik alan gücü şu ilişkiyle ilişkilidir:

burada - manyetik sabit = 4 · 10 -7 H/m.

§ 15. Karasal manyetizma ve unsurları. Manyetik kartlar

Manyetik kutupların konumu değişmeden kalmaz; koordinatları yavaş yavaş değişir. 1950 yılında manyetik kutupların yaklaşık koordinatları şu şekildeydi:

Kuzey - φ ~ 76°K; U ~ 96°B;

Güney - φ ~ 75°G; L ~ 150° Doğu st.

Dünyanın manyetik ekseni birbirine bağlanan düz bir çizgidir. manyetik kutuplar, Dünya'nın merkezinin dışından geçer ve dönme ekseniyle yaklaşık 1G.5'lik bir açı yapar.

Dünyanın manyetik alanının gücü, Dünya'nın manyetik alanının herhangi bir noktasında kuvvet çizgilerine teğet olarak yönlendirilen yoğunluk vektörü T ile karakterize edilir. Şek. Şekil 18'de dünyanın A noktasındaki manyetizma kuvveti AF vektörünün büyüklüğü ve yönü ile gösterilmektedir. AF vektörünün bulunduğu NmAZF dikey düzlemine ve dolayısıyla serbestçe asılı manyetik iğnenin eksenine denir. manyetik meridyen düzlemi. Bu düzlem, gerçek meridyen NuAZM'nin düzlemi ile RAS açısı yapar. manyetik sapma ve d harfiyle gösterilir.

Pirinç. 18.

AF vektörünün gerçek ufuk NuAH düzlemi ile oluşturduğu NmAF açısına denir manyetik eğim ve v harfiyle gösterilir.

Manyetik eğim yatay düzlemden aşağıya doğru 0 ila 90° arasında ölçülür ve manyetik iğnenin kuzey ucu indirilirse pozitif, güney ucu indirilirse negatif kabul edilir.

Puanlar dünyanın yüzeyi T vektörünün yatay olarak yönlendirildiği, iki kez kesişen kapalı bir çizgi oluşturur coğrafi ekvator ve aradım manyetik ekvator. Tam güç karasal manyetizma - vektör T - manyetik meridyen düzleminde yatay H ve dikey Z bileşenlerine ayrıştırılabilir. Şek. 18 elimizde:

H = TcosO, Z=TsinO veya Z = HtgO.

Belirli bir noktada Dünyanın manyetik alanını belirleyen d, H, Z ve O büyüklüklerine denir. Dünya manyetizmasının unsurları.

Karasal manyetizma unsurlarının dünya yüzeyine dağılımı genellikle özel haritalar belirli bir elemanın aynı değerine sahip noktaları birleştiren eğri çizgiler şeklinde. Bu tür çizgiler denir izolinler. Eşit manyetik sapma eğrileri - izogonlar izogonları haritalara yerleştirin (Şekil 19); noktaları eşit olarak birleştiren eğriler manyetik voltaj, isminde izodinler, veya izodinamik. Eşit manyetik eğime sahip noktaları birleştiren eğriler - izoklinler, Haritalarda izoklinleri çizin.

Pirinç. 19.

Dünya yüzeyinin herhangi bir noktasındaki dünya manyetizmasının tüm unsurları, varyasyon adı verilen değişikliklere tabidir. Dünyanın manyetizma elemanlarındaki değişiklikler periyodik ve periyodik olmayan (veya bozulmalar) olarak ikiye ayrılır.

Periyodik değişiklikler laik, yıllık (mevsimsel) ve günlük değişiklikleri içerir. Bunlardan günlük ve yıllık değişiklikler küçüktür ve navigasyonda dikkate alınmaz. Dünyevi farklılıklar birkaç yüzyıllık bir periyoda sahip karmaşık bir olgudur. Manyetik sapmadaki laik değişimin büyüklüğü, dünya yüzeyinin farklı noktalarında yılda 0 ila 0,2-0,3° aralığında değişir. Bu nedenle deniz haritalarında pusulanın manyetik sapması belirli bir yıla indirgenerek yıllık artış veya azalış miktarını gösterir.

Sapmayı navigasyon yılına göre ayarlamak için, geçen zaman içindeki değişimini hesaplamanız ve ortaya çıkan düzeltmeyi, navigasyon alanındaki haritada gösterilen sapmayı artırmak veya azaltmak için kullanmanız gerekir.

Örnek 18. Yolculuk 1968 yılında gerçekleşir. Haritadan alınan pusula sapması d = 11°, 5 O st 1960 yılına verilmiştir. Sapmadaki yıllık artış 5"'tir. Sapmayı 1968'e düşürün.

Çözüm. 1968'den 1960'a kadar olan süre sekiz yıldır; Ad = 8 x 5 = 40" ~0°.7'yi değiştir. 1968'de pusula sapması d = 11°.5 + 0°.7 = - 12°, 2 O st

Dünyanın manyetizmasını oluşturan unsurlardaki ani kısa süreli değişikliklere (bozulmalara) denir. manyetik fırtınalar oluşumu kuzey ışıklarına ve güneş lekelerinin sayısına göre belirlenir. Aynı zamanda 7°'ye kadar ılıman enlemlerde eğimde değişiklikler gözlenir. kutup bölgeleri- 50°'ye kadar.

Dünya yüzeyinin bazı bölgelerinde sapma, bitişik noktalardaki değerlerinden büyüklük ve işaret bakımından keskin bir şekilde farklılık gösterir. Bu olaya manyetik anomali denir. Deniz haritaları manyetik anormallik alanlarının sınırlarını gösterir. Bu bölgelerde seyrederken operasyona çok dikkat etmelisiniz. manyetik pusulaÇünkü işin doğruluğu bozulur.

Karasal manyetizmanın unsurları

Dünya bir bütün olarak devasa bir küresel mıknatıstır. Dünyayı ve yüzeyini çevreleyen uzayın herhangi bir noktasında manyetik kuvvet çizgilerinin hareketi tespit edilir. Başka bir deyişle, Dünya'yı çevreleyen uzayda, kuvvet çizgileri Şekil 19.1'de gösterilen bir manyetik alan yaratılmaktadır. Kuzey manyetik kutbu güney coğrafi kutbunda, güney manyetik kutbu ise kuzeyde yer almaktadır. Dünyanın manyetik alanı ekvatorda yatay olarak, manyetik kutuplarda ise dikey olarak yönlendirilir. Dünya yüzeyinin diğer noktalarında dünyanın manyetik alanı belli bir açıyla yönlendirilir.

Dünyanın herhangi bir noktasında manyetik alanın varlığı, manyetik bir iğne kullanılarak belirlenebilir. Manyetik bir iğne asarsanız N.S. bir iplik üzerinde L(Şekil 19.2), askı noktası okun ağırlık merkezi ile çakışacak şekilde, daha sonra ok, Dünya'nın manyetik alanının kuvvet çizgisine teğet yönünde kurulacaktır. Kuzey yarımkürede güney ucu Dünya'ya doğru eğimli olacak ve ok ekseni ufukla eğim açısı yapacaktır. Q(manyetik ekvatorda eğim 0'dır). Ok ekseninin bulunduğu dikey düzleme manyetik meridyenin düzlemi denir. Manyetik meridyenlerin tüm düzlemleri düz bir çizgide kesişir N.S. ve Dünya yüzeyindeki manyetik meridyenlerin izleri manyetik kutuplarda birleşiyor N Ve S. Manyetik kutuplar çakışmadığı için coğrafi kutuplar, bu durumda ok ekseni coğrafi meridyenden sapacaktır.

Dairesel akımın manyetik alanı

Teoriye göre merkezdeki manyetik alan kuvveti HAKKINDA uzunluk elemanı tarafından oluşturulan dl dairesel dönüş yarıçap R akımın içinden aktığı yer BEN Biot-Savart-Laplace yasasıyla belirlenebilir

Ve vektör kaydı bu yasa şuna benziyor

Bu ifadede: R– iletken elemandan çizilen yarıçap vektörünün modülü dl söz konusu alan noktasına; 1/4 P- Formülü SI birim sisteminde yazmak için orantı katsayısı.

Söz konusu örnekte, yarıçap vektörü mevcut elemana diktir ve modüldedir. yarıçapa eşit dön yani

Manyetik alan kuvveti vektörü, vektörlerin bulunduğu çizim düzlemine dik olarak yönlendirilir ve gimlet kuralına göre yönlendirilir.