Теоретичні відомості.

Визначення горизонтальної складової напруженості магнітного поля Землі за допомогою тангенс-гальванометра

Мета роботи.

Ознайомитись з принципом дії тангенс-гальванометра та з елементами земного магнетизму. Визначити горизонтальну складову магнітного поля Землі.

 

Теоретичні відомості.

Магнітне поле Землі складається з постійного магнітного поля, яке створюється магнетизмом земної кулі, та змінного поля, зумовленого електричними струмами, що протікають в земній атмосфері та в земній корі.

Змінне поле, як правило, не перевищує 1% від постійного поля. Розрізняють періодичні коливання магнітного поля (їхня періодичність зумовлена обертанням Землі та періодичністю сонячної активності) і неперіодичні коливання – магнітні збурення. Магнітні збурення тісно пов’язані з іоносферними збуреннями та полярними сяйвами. Джерело цих явищ – спалахи сонячної активності, які супроводжуються сонячною радіацією та викидом потоків заряджених частинок.

Постійне магнітне поле зумовлене тим, що Земля являє собою природний магніт, полюси якого розташовуються недалеко (≈300 км) від географічних полюсів. Магнітні силові лінії починаються біля Південного географічного полюса і закінчуються біля Північного, тому магнітний полюс Землі, розташований на півдні, називається Північним магнітним, або Південним геомагнітним полюсом, а інший, той що знаходиться на Півночі – Південним магнітним, або Північним геомагнітним полюсом.

Через магнітні полюси Землі можна провести лінії великих кіл – магнітні меридіани, перпендикулярно до них – лінії малих кіл – магнітні паралелі. Таким чином, кожній точці на Землі будуть відповідати не тільки географічні, але й магнітні координати.

Якщо у якій-небудь точці Землі вільно підвісити магнітну стрілку (тобто підвісити за центр мас так, щоб стрілка могла повертатись і в горизонтальній і у вертикальній площинах), то вона встановиться у напрямку напруженості магнітного поля Землі в даній точці.

Магнітне поле Землі схоже на поле прямого магніту. Тому вектори напруженості цього поля на магнітних полюсах вертикальні, а на магнітному екваторі – горизонтальні. В довільній іншій точці простору вектор напруженості магнітного поля нахилений до площини горизонту, отже, вільно підвішена стрілка розташовується під якимось кутом до вертикалі і під якимось кутом до горизонтальної площини у цій точці Землі (рис. 1). Через неспівпадання магнітних та географічних полюсів Землі не співпадають і площини магнітного і географічного меридіанів, які проходять через дану точку земної поверхні.

Таким чином, положення вільно розташованої магнітної стрілки характеризується двома кутами – α та β, визначеними для кожної точки Землі.

 

       
   
 
 

 

 


Рис. 1. Рис. 2.

 

Магнітне схилення α – це кут між напрямками географічного та магнітного меридіанів (рис. 2). Розрізняють східне та західне схилення (північний полюс стрілки відхиляється відповідно вправо чи вліво від географічного меридіану).

 
 

 

 


Рис. 3.

 

Магнітний нахил β – це кут між напрямком напруженості магнітного поля та горизонтальною площиною (рис. 3). Нахил буває північний і південний (північний чи південний кінець стрілки нижче горизонтальної площини).

Ці два кути – схилення та нахил – називаються елементами земного магнетизму. Приклад: для Києва α= 6˚28΄ (східне схилення для 2010 року) β= (північний нахил).

Встановлено, що напруженість магнітного поля має горизонтальну та вертикальну складові. Якщо магнітну стрілку закріпити на вертикальній осі, то вона встановиться в площині магнітного меридіану під дією горизонтальної складової магнітного поля Землі. Відмітимо, що магнітна стрілка або рамка із струмом встановиться в певному напрямку під дією вектора індукції магнітного поля, а не вектора напруженості. Але, оскільки у повітрі напруженості векторів магнітної індукції та напруженості магнітного поля співпадають і значення та відрізняються тільки постійним коефіцієнтом, то, згідно із встановленим традиціями, говорять зазвичай про вектор напруженості магнітного поля Землі.