Краткая теория

Земля в целом представляет собой большой магнит и имеет два магнитных полюса: северный и южный. В любой точке пространства, окружающего Землю, и на ее поверхности обнаруживается действие магнитного поля. Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами. Подобно тому как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает электрическое поле, в пространстве, окружающем токи, возникает поле, называемое магнитным. Подобно электрическому полю, магнитное поле существует реально, независимо от нас, от наших знаний о нем.

Изучая пространственное распределение магнитного поля Земли, геологи получают сведения о строении земной коры, о местонахождении полезных

ископаемых/железной руды и пр./ Изучение магнитных бурь помогает понять закономерности явлений в ионосфере, влияющих на распространение радиоволн .Изучение земного магнетизма необходимо для правильного понимания основных вопросов происхождения Земли, Солнца и звезд. По вопросу о происхождении земного магнетизма работали ученые Гильберт/1600г./,Ломоносов/1352г./,Гаусе/1939/. Теория Гаусса дала возможность представить магнитное поле Земли в виде двух полей: поля, источники которого находятся внутри Земли, и поля, источники которого-вне Земли. Все существующие ныне теории земного магнетизма можно разделить на две группы.

Теории первой группы полагают, что главная часть магнитного поля Земли создается земной корой, содержащей в разных своих участках различное количество магнитных пород.

Теории второй группы полагают, что главная часть магнитного поля Земли создается электрическими токами, циркулирующими на больших глубинах в жидком ядре Земли.

В настоящее время известно, что наблюдаемое геомагнитное поле является суммой двух полей: постоянного и переменного. Чтобы изучить магнитное поле Земли, надо знать величину и направление напряженности в каждой точке этого поля .Обозначим через Т полную напряженность магнитного поля в какой-либо точке 0 северного полушария Земли. (Рис1.)

Рис.1.

Плоскость магнитного меридиана ОАВС. Плоскость географического меридиана ОВЕК.

Т;Нх;Ну;Нz;D;j;H -элементы земного магнетизма

Силовые линии магнитного поля лежат в плоскости магнитных меридианов. Магнитным меридианом называется дуга большого круга, проходящего через магнитные полюсы Земли. Магнитные полюсы Земли совпадают с ее географическими полюсами, вследствие чего между плоскостью магнитного меридиана, проходящего через данную точку 0 земной поверхности и плоскостью географического меридиана имеется некоторый угол Д/угол склонения/. Склонение может быть восточным или западным в зависимости от того, проходит ли магнитный меридиан к востоку или к западу от географического. Полную направленность Т можно разложить на две составляющие, лежащие в плоскости магнитного меридиана: напряженность Н/горизонтальная составляющая /в горизонтальном направлении напряженность Hz b вертикальном направлении /Вертикальная составляющая/. Нz считается , если она направлена вниз. В южном полушарии Нz отрицательна. Горизонтальная составляющая имеет максимальное значение на магнитном экваторе, равное 0,7 и постоянно уменьшается к полюсам. Вертикальная составляющая имеет максимальное значение вблизи магнитных полюсов/0,6-0,7/уменьшается на магнитном экваторе.

Горизонтальную составляющую можно разложить на две составляющие лежащие в горизонтальной плоскости, на северную Hx направленную вдоль географического меридиана и восточную Нy перпендикулярную к меридиану. Составляющая Нx считается положительной, если она направлена к северу, Н-составляющая считается положительной, если она направлена к востоку.

Магнитные элементы T, Н, Нx,Ну, Н, Дj связаны между собой простыми соотношениями, которые легко получить из рис 1

Нх= H cos D

Hy= H sin D

H z= H tg j

T= H cos j

H= Hx + Hy

Tg j= Hz\H

tg D= Hy\Hx

T= Hx+ Hy+ Hz

Целью настоящей работы является определение горизонтальной составляющей магнитного поля Н с помощью прибора, называемого тангенс-гальванометром и зная числовое значение горизонтальной напряженности и угла наклонения j найти полную напряженность магнитного поля Земли Т.

Тангенс-гальванометр представляет собой плоскую катушку большого радиуса. Плоскость катушки вертикальна: в центре ее находится короткая магнитная стрелка, расположенная горизонтально и могущая вращаться около вертикальной оси. Концы стрелки перемещаются по кругу /по лимбу/, разделенному на градусы. Такую магнитную стрелку с лимбом называют буссолью/рис.2/.

Плоскость витков катушки следует расположить в плоскости магнитного меридиана, которая определяется по направлению магнитной стрелки. На рис .4а пунктиром показано направление магнитного меридиана Земли, небольшие кружки Аи В-сечение одного витка горизонтальной плоскости, проходящей через центр катушки: магнитная стрелка.

При отсутствии ток в катушке на полюса магнитной стрелки действует только магнитное поле Земли Н/рис.4а/

Магнитное поле в центре витка большого витка радиуса перпендикулярно плоскости витка, направление его определяется направлением тока,

проходящего по витку .Напряженность поля, созданного током, на рис.4б обозначена через НТ.

Под действием двух полей Н и Нт - магнитная стрелка отклоняется на некоторый угол d :равновесие ее наступает тогда, когда она станет по направлению результирующего магнитного поля.

Из рис.46 видно что:

Tg d = Hт /Н

Напряженность магнитного поля в центре кругового тока определяется законом Лапласа: Нт= У\2ч

Если в катушке «н» витков, то

Нт= Ун/2ч

Подставляя полученное значение Н /2а/в формулу /I/,можно определят горизонтальную составляющую напряженности магнитного поля Земли:

Н= Ун/2ч tgd