Лабораторные работы (1) (2). Варианты к лабораторной работе (номер варианта соответствует первой букве вашей фамилии)

• Название: Варианты к лабораторной работе (номер варианта соответствует первой букве вашей фамилии)
• Дата: 09.04.2021
• Размер: 1.17 Mb.
• Имя файла: Лабораторные работы (1) (2).doc
• Тип: Исследование; #192940
• страница: 5 из 10

Теоретические основы работы

 Земля представляет собой магнит, создающий в окружающем пространстве магнитное поле (рис. 1).



Рис. 1 Магнитное поле Земли: северный магнитный полюс N находится вблизи южного географического. Показаны радиационные пояса Земли – внутренний (протонный) и внешний (электронный), –где благодаря магнитному полю задерживаются заряженные частицы космических лучей.

Количественной характеристикой магнитного поля_: не зависящей от свойств среды, является векторная величина – напряженность магнитного поля.



Рис. 2.

Вертикальная плоскость, в которой лежит вектор напряженности Н магнитного поля Земли, называется плоскостью геомагнитного меридиана. Она не совпадает с плоскостью географического меридиана (рис. 2). Кроме того ось магнитного поля не проходит через центр Земли, а отстоит от него на 436 км. Магнитное поле Земли несимметрично. Магнитный момент Земли образует с её осью вращения угол11.5°. Магнитные полюсы Земли не совпадают с географическими полюсами.

В плоскости геомагнитного меридиана напряженность магнитного поля ЗемлиНможно разложить на горизонтальнуюН_Г и вертикальнуюН_В составляющие.

Магнитное наклонение – это угол i между направлениямиН и НГ Магнитное склонение – это угол а между плоскостями географического и геомагнитного меридианов.

Эти два угла — склонение и наклонение — называют элементами земного магнетизма.

Магнитное склонение изменяется от места к месту на земном шаре в пределах, вообще говоря, от 0 до 180°.

Магнитное склонение называется западным и обозначается знаком «‑», если северный плюс магнитной стрелки отклоняется на запад. Магнитное склонение называется восточным и обозначается знаком «+», если стрелка отклоняется к востоку от плоскости географического меридиана.

На морских картах магнитное склонение обозначают разбитой на градусы «картушкой», в центре которой обозначается величина магнитного склонения с точностью до 1/4°. При этом в заголовке карты указывается год, в котором измерено магнитное склонение, его знак и величина годового изменения. Ввиду того, что магнитное склонение не остаётся постоянным во времени, а претерпевает медленные изменения, магнитное склонение периодически пересоставляют на основе повторных измерений, проводимых через 5-6 лет.

Магнитное наклонение изменяется от 0° на магнитном экваторе до 90° на магнитных полюсах. Величина магнитного наклонения характеризует магнитную широту точек на земной поверхности.

Наклонение магнитное называется северным и берётся со знаком «+», если северный конец магнитной стрелки наклонен вниз, и называется южным и берётся со знаком «‑», если вниз наклонён южный конец магнитной стрелки.

На северном магнитном полюсе наклонение равно +90° на южном магнитном полюсе, соответственно ‑90°. В пределах магнитного экватора, кстати, не совпадающего с географическим экватором, наклонение равно нулю.

Изоклины – это линии с одинаковым магнитным наклонением.

На магнитной карте изоклины имеют тенденцию прослеживаться в широтном направлении подобно параллелям. Нулевая изоклина, которая и является магнитным экватором, проходит в пределах Африки и Азии около 10° северной географической широты и в пределах Южной Америки – около 15° южной географической широты.

Величина магнитного наклонения влияет на устойчивость работы магнитного компаса. Наиболее устойчиво он работают в районе магнитного экватора и в средних широтах, где магнитное наклонение невелико и горизонтальная составляющая магнитного поля Земли имеет наибольшее значение. В высоких магнитных широтах и районах магнитных полюсов магнитное наклонение велико и значение горизонтальной составляющей магнитного поля минимально, что приводит к значительным ошибкам в измерении курса по магнитному компасу или исключает возможность его использования.

Для Москвы восточное (положительное) склонение в декабре 2006 года было равно 9°46', а северное (положительное) магнитное наклонение было равно 71°11'. То есть истинный географический полюс находился западнее направления, указываемого компасом, на9°46'. Заметим, что в начале 1980-х годов магнитное склонение в Москве составляло 8°. Скорость изменения магнитного склонения примерно 7' в год. Скорость изменения магнитного наклонения составляет примерно 1' в год.

В Международной системе единиц СИ единицей напряженности магнитного поля является ампер-на-метр (А/м). Полное значение величины вектора напряженности постоянного поля Земли меняется примерно от 33 до 56 А/м. Наибольшей величины поле H достигает вблизи магнитных полюсов (H_Г-=0), а наименьшего – у экватора (Н_В=0). Горизонтальная составляющая напряжённости магнитного поля Земли зависит от магнитного наклонения и наименьшего значения, равного нулю, достигает на магнитных полюсах.

Установлено, что напряженность поля не только различна на разных географических широтах, но и постоянно меняется во времени. В отдельных местах (например, в районах Курской, Кольской магнитных аномалий, аномалии на Урале и др.) напряженность поля может быть значительно выше указанных выше значений. Так, самая высокая напряженность поля Курской магнитной аномалии достигает величины 150 А/м. Обычно, сильные магнитные аномалии связываются с залежами магнетитовых и титаномагнетитовых руд.

По структуре изменения геомагнитное поле молено разделить на постоянное (период изменения – сотни лет) и переменное (период – меньше года). Заметим, что палеомагнитные исследования показывают, что направление основного магнитного поля Земли в прошлом многократно изменялось далее на противоположное. Последнее такое изменение имело место около 0.7млн. лет назад.

Происхождение основного геомагнитного поля.

Для объяснения происхождения основного геомагнитного поля выдвигалось много различных гипотез, в том числе далее гипотезы о существовании фундаментального закона природы, согласно которому всякое вращающееся тело обладает магнитным моментом. Делались попытки объяснить основное геомагнитное поле разными причинами: присутствием ферромагнитных материалов в коре Земли или в её ядре; движением электрических зарядов, которые, участвуя в суточном вращении Земли, создают электрический ток: наличием в ядре Земли токов, вызываемых термоэлектродвижущей силой на границе ядра и мантии и т.д.; и, наконец, действием так называемого гидромагнитного динамо в жидком металлическом ядре Земли. Современные данные о вековых вариациях и многократных изменениях полярности геомагнитного поля удовлетворительно объясняются только гипотезой о гидромагнитном динамо (ГД). Согласно этой гипотезе, в электропроводящем жидком ядре Земли могут происходить достаточно сложные и интенсивные движения, приводящие к самовозбуждению магнитного поля, аналогично тому, как происходит генерация токаи магнитного поля в динамо-машине с самовозбуждением. Действие ГД основано на электромагнитной индукции в движущейся среде, которая в своём движении пересекает силовые линии магнитного поля.

Геомагнитная активность обусловлена также и активностью Солнца и связана с крупными возмущениями межпланетной среды. Существуют два класса явлений, способных вызвать магнитную бурю на Земле: высокоскоростные потоки солнечного ветра и крупномасштабные выбросы солнечного вещества. Увеличению геомагнитной возмущенности обычно предшествуют вспышки в центральной зоне Солнца. Возмущения естественного магнитного поля Земли могут иметь локальный характер и наблюдаться только в ограниченном секторе долгот и широт или охватывать одновременно всю Землю. Такие возмущения принято называть магнитными бурями. Магнитная буря, являясь следствием вспышек на Солнце (вспышки – колоссальные за мощностью взрывы на Солнце, которые извергают чрезвычайно сильные потоки космических лучей), сопровождается быстрым (в течение от одного до нескольких часов) изменением индукции магнитного поля с амплитудами в средних широтах от 100 до 500 нанотесл (нТл). При этом нормальные суточные вариации индукции магнитного поля Земли обычно не превышают 50 – 70 нТл.

Заметим, что индукция магнитного поля В_: как известно, связана с напряжённостью магнитного поля H формулой:



где   – магнитная постоянная, а магнитная проницаемость для воздуха μ=1. В воздухе величине магнитной индукции в 1 Тл соответствует величина напряжённости магнитного поля 7.96∙10⁵ А/м.

По интенсивности магнитные бури могут быть большими, умеренными и слабыми. Наиболее сильные магнитные бури приходятся на период роста и спада солнечной активности, а их частота (количество) тем больше, чем выше солнечная активность в данном году.

В мире имеется свыше 100 центров по постоянному круглосуточному наблюдению за изменениями элементов земного магнетизма. Один из таких центров имеется в г. Троицке Московской области в Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн Российской академии наук

Значение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля в Москве в декабре 2006 года было примерно 16 800 нТл. Скорость изменения ‑2.7 нТл в год.