Индукции магнитного поля Земли
1 Магнитное поле Земли
2 Магнитный момент кругового тока
3 Принцип работы тангенс-гальванометра
Основные понятия по теме
Магнитометрический метод измерения основан на магнитном взаимодействии образца и магнитной стрелки.
Земля представляет собой огромный шаровой магнит. Поэтому в любой точке на поверхности Земли и в окружающем пространстве обнаруживается действие магнитных сил. Магнитные полюса Земли не совпадают с географическими. Южный полюс магнитного поля Земли расположен у северных берегов Америки, примерно под 74° северной широты и 100° западной долготы, а северный полюс – в Антарктиде, под 60° южной широты и 143° восточной долготы. Схема силовых линий магнитного поля Земли показана на рисунке 15.1 (пунктиром показана ось вращения Земли СЮ).
| С |
Рисунок 15.1 – Схема силовых линий
магнитного поля Земли
Направление магнитных силовых линий Земли можно определить с помощью магнитной стрелки. Если подвесить магнитную стрелку на нити так, чтобы точка подвеса совпадала с центром тяжести стрелки, то последняя устанавливается по направлению касательной к силовой линии магнитного поля Земли. В северном полушарии южный конец будет наклонен к Земле и стрелка составит с горизонтом угол наклонения θ. Вертикальная плоскость, в которой расположится стрелка, называется плоскостью магнитного меридиана. Угол a между магнитным и географическим меридианами называется магнитным склонением.
Силовой характеристикой любого магнитного поля является индукция 
. Значения 
Земли невелики и изменяются в пределах от 0,42∙10-4 Тл на экваторе до 0,7∙10-4 Тл у магнитных полюсов. Вектор индукции магнитного поля Земли можно разложить на две составляющие: горизонтальную 
и вертикальную 
. Укрепленная на вертикальной оси магнитная стрелка устанавливается в направлении горизонтальной составляющей магнитного поля Земли 
.
Магнитное наклонение θ, склонение a и горизонтальная составляющая магнитного поля являются основными параметрами магнитного поля Земли. Горизонтальную составляющую магнитного поля Земли определяют с помощью прибора, называемого тангенс-гальванометром.
Рисунок 15.2 – Общий вид тангенс-гальванометра
Он состоит из катушки – нескольких круговых проводников, расположенных вертикально в плоскости магнитного меридиана (диаметр проводников и число витков указывается на приборе). В центре помещается магнитная стрелка. Она должна быть малой, чтобы можно было принимать действующую на полюса индукцию равной индукции в центе кругового тока.
Плоскость контура устанавливается перпендикулярно горизонтальной плоскости так, чтобы она совпадала с направлением магнитной стрелки (рисунок 15.3 а). Ток, протекающий по контуру, создает магнитное поле 
, действующее на магнитную стрелку и направленное перпендикулярно горизонтальной составляющей земного поля 
. Под действием горизонтальной составляющей индукции поля Земли и индукции поля контура стрелка установится по направлению равнодействующей индукции 
(рисунок 15.3 б).
| г |
| г |
| а) |
| б) |
| × |
| · |
Рисунок 15.3 – Векторная диаграмма: а) – плоскость контура
совпадает с первоначальным направлением магнитной стрелки, б) – стрелка отклоняется под действием горизонтальной
составляющей индукции поля Земли.
Из рисунка 15.2 видно, что
. (15.1)
Индукция магнитного поля контура Вк в центре контура равна
, (15.2)
где n – число витков контура, i – ток, протекающий в контуре, r – радиус контура, μ0 – магнитная постоянная.
Из (15.1) и (15.2) следует:
или
(15.3)
Для данного места Земли и данного прибора 
является постоянной величиной и называется постоянной тангенс-гальванометра. Тогда:
. (15.4)
Следует помнить, что формула (15.4) является приближенной, т. е. верной только в том случае, когда размер магнитной стрелки много меньше радиуса контура r. Наименьшая ошибка при измерениях получается при углах отклонения стрелки» 45°. Соответственно этому и устанавливается сила тока в катушке тангенс-гальванометра, который используется в данной работе.
Вопросы для самоконтроля
1 Назовите основные параметры магнитного поля Земли.
2 Объясните устройство и принцип действия тангенс-гальванометра.
3 Чему равна напряженность магнитного поля в центре контура с током?
4 Почему измерения горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли выгоднее проводить при угле отклонения стрелки 45°?
5 Что называется магнитным моментом кругового тока?
Лабораторная работа 15
