Намагничивание корабля в магнитном поле Земли

Магнитометрические приборы

Для измерения характеристик: магнитного поля и магнитных свойств физических объектов применяются магнитометры.

В зависимости от методов измерений магнитометры подразделяются на:

· Магнитостатические;

· Электромагнитные;

· Индукционные;

· Магнитодинамические;

· Ядерные прецессионные.

Магнитное поле воздействует на все физические тела, находящиеся в его зоне. Эти воздействия неодинаковы: одни из тел намагничиваются, другие – нет; у одних намагничивание устойчиво, а у других – устойчивости не наблюдается.

Магнитные свойства материалов различают по их магнитной восприимчивости . В соответствии с их величинами все материалы подразделяют на три группы:

· диамагнитные,

· парамагнитные,

· ферромагнитные.

Диамагнитные материалы незначительно ослабляют намагничивающее поле .

К ним, например, относятся; вода, медь, висмут. Ввиду малости считают, что , т.е. диамагнетики ведут себя по отношению к магнитному полю как вакуум.

Парамагнитные материалы незначительно усиливают намагничивающее поле .

Это такие материалы как: воздух, алюминий, титан.

Ферромагнитные материалы; значительно усиливают намагничивающее поле.

Приведем некоторые из них (максимальные значения):

· мягкое железо ;

· углеродистое железо ;

· чистое отожженное в водороде железо ;

· конструкционная сталь .

Корабль постоянно находится в магнитном попе Земли и его взаимодействие с ним определяет понятие магнитного поля корабля.

На постройку корабля расходуется значительное количество конструкционной стали.

Зависимость магнитного состояния тела от напряженности намагничивающего поля: для ферромагнитных материалов определяется экспериментальным способом и называется кривой намагничивания. Наиболее полную характеристику магнитных свойств ферромагнетиков дает гистерезисная (гистерезис – отставание) кривая (рис. 4). Она строится в координатных осях намагниченности и напряженности намагничивающего поля . Основными участками гистерезисной кривой являются: – первоначальное намагничивание материала; – перемагничивание; – перемагничивание в первоначальном направлении.

Характерные точки диаграммы: точка – пересечение нисходящей ветви петли с координатной осью. В этой точке при сталь обладает остаточной намагниченностью , характеризующей степень магнитной твердости материала.

Точка – пересечение нисходящей ветви с осью показывает величину напряженности намагничивающего поля обратного знака, которую необходимо приложить для размагничивания материала. Величина называется коэрцитивной силой. При движении по восходящей ветви петли будем иметь подобные точки с противоположным знаком.

При намагничивании до ненасыщения гистерезисная петля суживается,

Корабль в магнитном поле Земли подвергается постоянному и индуктивному намагничиванию.

Намагничивание ферромагнитных масс корабля в магнитном поле Земли соответствует начальному участку кривой намагничивания (рис. 5). Намагниченность можно разделить на постоянную и индуктивную составляющие.

В зависимости от места (широты) постройки, курса на стапеле и технологии (механические, электромагнитные и тепловые воздействия) корабль приобретает намагничивание (рис. 6), зависящее, как говорят, от магнитной предыстории.

Если корабль длительное время стоит одним курсом (в доке, при постройке и т.д.), то он намагничивается, и некоторая часть его магнитного момента остается независимо от его дальнейшего положения.

В общем случае вектор намагничивания корабля направлен произвольно относительно прямоугольной системы координат, связанной с кораблем.

Обычно используется левая система координатных осей: ось направлена вертикально к центру Земли, ось – горизонтально вдоль корабля в нос, ось – горизонтально в сторону правого борта.

Корабль является сложным геометрическим телом и намагничивается по-разному в разных плоскостях. Поэтому для анализа магнитного поля корабля вектор его намагниченности обычно представляют в виде суммы трех составляющих вдоль указанных координатных осей:

Считают, что каждая из этих составляющих создает в окружающем пространстве свое магнитное поле, т.е. магнитное поле корабля представляют в виде суммы трех полей: поле продольного намагничивания, поле поперечного намагничивания и поле вертикального намагничивания.

Таким образом, вектор напряженности МПК представляется суммой напряженности каждого из этих полей:

где – результирующий вектор напряженности поля вертикального намагничивания; – результирующий вектор напряженности поля продольного намагничивания; – результирующий вектор напряженности поля поперечного намагничивания.

Для тактических нужд анализа МПК вектор напряженности каждого из полей намагничивания корабля представляют тремя составляющими в системе координат, связанной с кораблем:

Для поля вертикального намагничивания эти составляющие, например, называются: – продольная составляющая поля вертикального намагничивания корабля; – поперечная составляющая поля вертикального намагничивания; – вертикальная составляющая поля вертикального намагничивания.

На рис. 7 представлены кривые составляющих поля вертикального намагничивания корабля, полученные в результате измерений на глубине под кораблем при перемещении датчика (наблюдателя) вдоль диаметральной плоскости (рис. 7,а) и вдоль плоскости мидель-шпангоута (рис.7,6).

С учетом постоянных и индуктивных составляющих напряженности МПК получаем для поля вертикального намагничивания 6 составляющих:

где , – знаки индуктивного и постоянного намагничивания соответственно; – знак поля вертикального намагничивания. Совместив мысленно на рис. 7 точки , получим объёмное распределение поля.