Erdmagnetismus- Dies ist eine Eigenschaft der Erde (als kosmischer Körper), die die Existenz um sie herum bestimmt Magnetfeld. Hinweise auf die Existenz eines Magnetfeldes liegen unter anderem für Jupiter vor. Messungen an der amerikanischen Raumsonde Mariner 4 zeigten, dass das magnetische Dipolmoment des Mars weniger als 3 1O -4 beträgt magnetisches Moment Erde. Auf der Venus und dem Mond gibt es keine Magnetfelder. 1912 wurde das Magnetfeld der Sonne und 1947 anderer Sterne entdeckt.

Weltraummessungen in großen Entfernungen zufolge erstreckt sich das Erdmagnetfeld (Magnetosphäre) über den Planeten hinaus auf mehrere Erdradien und ist auf der von der Sonne beleuchteten Seite der Erde deutlich komprimiert.

In einem Abstand von 10 Erdradien nahe der Verbindungslinie zwischen Sonne und Erde verwandelt sich das reguläre Magnetfeld der Erde in ein unregelmäßiges oder chaotisches Feld. Die Grenze zwischen einem regulären und einem chaotischen Feld wird Magnetopause genannt. Es scheint relativ zur Sonnenwindströmung stabil zu sein. Das chaotische Feld ist ein Übergangsbereich zwischen der Magnetopause und dem ungestörten interplanetaren Feld, der sich in einer Entfernung von etwa 14 Erdradien (ebenfalls in der Nähe der Sonne-Erde-Linie) befindet. Die Stärke des Erdmagnetfeldes variiert umgekehrt proportional zur dritten Potenz der Entfernung.

Das Einfangen geladener Teilchen (Elektronen und Protonen) durch das Erdmagnetfeld ist mit der Anwesenheit von zwei Strahlungsgürteln verbunden, die mit einem Geigerzähler bei zahlreichen Sondierungen an Raumfahrzeugen und Satelliten entdeckt wurden.

Aufgrund der Dipolnatur des Erdmagnetfelds haben die Strahlungsgürtel die Form der Hörner eines Halbmonds (genauer gesagt eine toroidale Form aufgrund der Drift der Partikel entlang der Länge, die durch die Inhomogenität des Magnetfelds verursacht wird). Der innere Strahlungsgürtel scheint über die Zeit stabil zu sein, während der äußere diesem unterliegt starke Veränderungen, insbesondere bei magnetischen Stürmen.

Das Erdmagnetfeld zeigt sich am deutlichsten durch seine Wirkung auf die Magnetnadel, die sich an jedem Punkt befindet Erdoberfläche wird in einer bestimmten Richtung (das Kompassgerät basiert darauf) in verschiedenen Deklinationen und Neigungen installiert.

Die Deklination ist der Winkel der Abweichung der Magnetnadel vom geografischen Meridian eines bestimmten Ortes. Die Deklination kann östlich oder westlich sein und ihr Wert variiert in verschiedenen Regionen. Linien, die Punkte auf Karten mit derselben Deklination verbinden, werden Isogonen genannt. Neigung ist der Neigungswinkel der Magnetnadel zum Horizont. Auf der Nordhalbkugel ist das nördliche Ende des Pfeils abgesenkt, auf der Südhalbkugel ist das südliche Ende abgesenkt. Linien, die Punkte gleicher Neigung verbinden, werden Isoklinen genannt. Die Isokline, bei der die Neigung Null ist, wird magnetischer Äquator genannt. Der magnetische Äquator schneidet den geografischen Äquator bei 169° E. lang und 23° West. und zieht sich von dort nach Süden auf der Westhalbkugel und nach Norden auf der Osthalbkugel zurück. Nach Norden und Süden hin nimmt die Neigung zu und erreicht an Punkten, die als Magnetpole bezeichnet werden, 90°. Alle Isogonen laufen an den Magnetpolen zusammen.

Die Magnetpole ändern von Jahr zu Jahr ihre Position. Es gibt auch kleine periodische tägliche Schwankungen ihrer Position. Im Jahr 1970 wurde die Position des Nordpols auf 78° 31" N und 70° 01" W bestimmt. d. und Yuzhny - 78°31" südlicher Breite und 109°59" östlicher Breite. d. Ebenso werden bei der magnetischen Deklination säkulare, jährliche und tägliche Schwankungen festgestellt, wobei säkulare Schwankungen 30° erreichen. Neben Deklination und Inklination zeichnet sich das Erdmagnetfeld durch eine gebiets- und zeitlich unterschiedliche Stärke aus. Linien, die Punkte gleicher Spannung verbinden, werden Isodynamik genannt.

Die magnetische Feldstärke nimmt vom magnetischen Äquator aus zu (0,4 Oe) (E rstead(uh) - Maßeinheit der magnetischen Feldstärke. Das - magnetische Feldstärke in einiger Entfernung 2 cm von einem unendlich langen geraden Leiter entfernt, durch den ein Strom mit der Kraft einer absoluten elektromagnetischen Stromeinheit fließt) zu den Magnetpolen (0,7 Oe). Horizontale Komponente des Erdmagnetfeldes H erreicht seinen größten Wert am magnetischen Äquator (0,4 Oe) und sinkt an den Magnetpolen auf Null. Vertikale Komponente Z variiert von 0,7 Oe an den Magnetpolen bis Null am magnetischen Äquator. Diese Verteilung der Magnetfeldelemente bringt es näher an das Feld einer gleichmäßig magnetisierten Kugel, genauer gesagt an das Feld eines magnetischen Dipols im Zentrum der Erde, dessen Achse um 11,5° von der Rotationsachse der Erde abweicht .

Das beobachtete Magnetfeld der Erde unterscheidet sich jedoch deutlich vom Dipolfeld, wenn ihm externe und Nicht-Dipolfelder überlagert sind. Mit Bewegung verbundenes äußeres Feld elektrische Aufladungen in der Ionosphäre und Veränderungen durch atmosphärische Gezeiten und Sonnenaktivität (Sonnenflecken). Seine durchschnittliche algebraische Intensität ist sehr gering, obwohl sie bei magnetischen Stürmen mehrere Prozent des gesamten Magnetfelds ausmachen kann. Die Nicht-Dipol-Komponente wird bestimmt

wenn der Dipol und die externen Komponenten vom beobachteten Feld subtrahiert werden. Das Nicht-Dipolfeld besteht aus ungleichmäßig verteilten Bereichen hoher und niedriger Intensität mit einer Größe von 25 bis 100°. Diese Gebiete variieren in der Größe und die aktuellen Veränderungsraten deuten darauf hin, dass die durchschnittliche Lebensdauer jedes einzelnen von ihnen 100 Jahre beträgt. Nicht-Dipol-Elemente bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von 0,5° der geografischen Länge pro Jahr über die Erdoberfläche nach Westen.

Die instabile Position der Magnetpole wird durch den Einfluss eines ungleichmäßigen, sich schnell ändernden Nicht-Dipolfeldes bestimmt: An den Magnetpolen zerstört die Nicht-Dipol-Horizontalkomponente die Horizontalkomponente des Dipolfelds vollständig. Die Punkte auf der Erdoberfläche, auf die der Dipol gerichtet ist, werden geomagnetische Pole genannt. Die aktuellen Koordinaten des nördlichen geomagnetischen Pols sind 78,5° N. w. und 69° W. e. Seine Position hat sich über den Zeitraum, für den Messungen verfügbar sind, nicht geändert, während sich die Position des Magnetpols relativ schnell geändert hat, entsprechend den Änderungen in der Nicht-Dipol-Komponente.

Abweichungen der beobachteten Verteilung der Elemente des Erdmagnetismus vom Durchschnitt für ein bestimmtes Gebiet werden als magnetische Anomalien bezeichnet. Je nach Größe werden Anomalien in regionale und lokale Anomalien unterteilt. Regionale Anomalien erstrecken sich über weite Gebiete und die tatsächlichen Ursachen ihres Auftretens sind unklar. Lokale Anomalien erstrecken sich über Gebiete von mehreren Quadratmetern bis zu mehreren Zehntausend Quadratkilometern und werden meist durch Ablagerungen magnetischer Gesteine ​​und Erze verursacht. Die weltweit größte lokale magnetische Anomalie erstreckt sich über die Region Kursk und die umliegenden Gebiete.

An der Kursk-Anomalie sind mehrere lokale Magnetpole bekannt – Bereiche, in denen die magnetische Neigung 90° und die Deklination Null beträgt (die Kompassnadel stoppt bei jedem Azimut). Die Werte der magnetischen Deklination variieren zwischen 0 und 180° und die Neigungen zwischen 40 und 90°. Die Kursk-Anomalie wird durch das Vorhandensein von Ablagerungen eisenhaltiger Quarzite in einiger Tiefe verursacht.

Somit werden magnetische Anomalien durch verschiedene bestimmt magnetische Eigenschaften Felsen, im Erdmagnetfeld unterschiedlich stark magnetisiert, und daher muss die Ausrichtung ihrer Magnetisierung parallel zu diesem Feld sein. Es stellte sich jedoch heraus, dass Gesteine ​​oft eine Restmagnetisierung aufweisen, die nicht immer parallel zum modernen Erdmagnetfeld verläuft und stärker ist als die moderne induzierte Magnetisierung.

Im schwachen Magnetfeld der Erde (0,5 Oe) tritt bei der Curie-Temperatur während der Erstarrung von Magma und der Abkühlung heißer Gesteine ​​eine Restmagnetisierung auf. Diese Magnetisierung wird thermoremanente Magnetisierung genannt. Es ist parallel zu den Kraftlinien des Erdmagnetfeldes ausgerichtet, das während der Erstarrung magnetisierten Gesteins herrschte. Der Hauptteil der natürlichen remanenten Magnetisierung magmatischer Gesteine ​​ist die thermoremanente Magnetisierung.

Bei Niederschlägen rotieren zuvor magnetisierte ferromagnetische Partikel in Richtung des Erdmagnetfeldes und behalten diese Ausrichtung bei, nachdem sich das Sediment verdichtet und in Sedimentgestein verwandelt; Das heißt, in Sedimentgesteinen verläuft die remanente Magnetisierung parallel zum Erdmagnetfeld, das zum Zeitpunkt ihrer Entstehung herrschte. Somit entspricht die Richtung der Restmagnetisierung von Gesteinen der Richtung des Erdmagnetfelds zum Zeitpunkt ihrer Entstehung, und wenn man das Alter der magnetisierten Gesteine ​​kennt, ist es möglich, die Position des magnetischen Meridians und der Pole wiederherzustellen diesmal.

Natürlich kann sich eine remanente Magnetisierung auch auf andere Weise bilden, beispielsweise entstehen bei Blitzeinschlägen starke Magnetfelder, die in Gesteinen eine isotherme remanente Magnetisierung verursachen, deren Ausrichtung möglicherweise nicht mit der Ausrichtung des Erdmagnetfelds übereinstimmt. Chemische Veränderungen in Gesteinen und Mineralien (z. B. der Übergang von Hämatit zu Magnetit) im Erdmagnetfeld gehen mit dem Auftreten einer remanenten Magnetisierung einher, ähnlich der thermostatischen, wenn auch nicht so intensiv. Diese und einige andere Arten der Magnetisierung können viel später als die Gesteinsbildung auftreten, und der Zeitpunkt ihres Auftretens ist normalerweise nicht bekannt. Allerdings „haben Magnetisierungen, die als Ergebnis verschiedener Prozesse entstehen, sehr unterschiedliche Eigenschaften, die in der Regel unter Laborbedingungen bestimmt werden können“ (A. Cox, R. Doll. Review of the Phänomens of Paleomagnetism. M., 1963, S. 239).

Ursprung des Magnetfeldes. Hypothesen, die das Erdmagnetfeld mit seiner remanenten Magnetisierung in Verbindung bringen, stoßen auf ernsthafte Einwände:

1) Geologische Prozesse in der Erdkruste und im oberen Erdmantel verlaufen langsam und sind schwer nachzuvollziehen höhere Geschwindigkeit Veränderungen des nicht-dipolaren Feldes und seiner Bewegung in westlicher Richtung mit Geschwindigkeiten von bis zu 20 km/Jahr;

2) Um die aktuelle Intensität des Erdmagnetfeldes sicherzustellen, gibt es nicht genügend ferromagnetisches Material, dessen Temperatur unter dem Curie-Punkt liegt (die Temperatur des Erdinneren in einer Tiefe von mehr als 25 km liegt wahrscheinlich in den allermeisten Fällen darüber). 750 ° C, und daher kann nur die äußere Hülle des Planeten eine Restmagnetisierung aufweisen).

Daher ist die von Elsasser-Frenkel (1956) vorgeschlagene Theorie über den Ursprung des Erdmagnetismus, nach der der flüssige Kern in der rotierenden Erde als selbsterregender Dynamo fungiert, derzeit weithin akzeptiert. Die schnelle Änderung des Nicht-Dipolfeldes wird durch Wirbelbewegungen der Flüssigkeit an der Grenze von Kern und Mantel erklärt, und ihre Bewegung in westlicher Richtung ist mit der geringeren Winkelgeschwindigkeit der äußeren Zone des Kerns verbunden im Vergleich zum Mantel. Dynamometrie wurde erfolgreich eingesetzt, um die Eigenschaften der Magnetfelder der Sonne und einiger Sterne zu erklären, und es wurde auch eine Korrelation zwischen dem Magnetfeld der Sonne und ihrer Rotationsachse vorhergesagt. In der Zeit nach ihr fand sie die Bestätigung im Fehlen eines Magnetfeldes auf den langsam rotierenden Planeten Venus und Mond.

Nach dieser Theorie müssen die Rotationsachse der Erde und die Mittelachse des Erdmagnetfeldes zusammenfallen, d. h. die zeitliche Verschiebung der geomagnetischen Pole erfolgt gleichzeitig mit der Verschiebung der geografischen Pole – eine für die Geologie äußerst wichtige Schlussfolgerung. Die Untersuchung des Restmagnetismus (Paläomagnetismus) zeigte, dass sich die Position der magnetischen und geografischen Pole in ihrer Nähe im Laufe der geologischen Geschichte der Erde erheblich veränderte, was vollständig mit paläogeografischen und paläoklimatischen Daten übereinstimmt (z. B. im späten Paläozoikum). Die Pole befanden sich in der modernen Äquatorregion, wo eine starke Deckvereisung stattfand. Darüber hinaus wurde die Bestimmung der Positionen der Pole derselben geologischen Epochen vorgenommen verschiedene Punkte Derselbe Kontinent ergibt normalerweise eine gute Übereinstimmung. Die erhaltenen Daten stammen jedoch aus verschiedene Kontinente, divergieren systematisch und die Divergenz nimmt von später an zu geologische Perioden zu früheren. Die Kombination der auf verschiedenen Kontinenten identifizierten Pole führt zur Vereinigung dieser Kontinente zu einem einzigen Kontinentalmassiv. „So“, schreibt V. E. Khain, „erhielt die bereits völlig vergessene Hypothese des Mobilismus eine unerwartete und darüber hinaus sehr wirksame Bestätigung“ (V. E. Khain. „Nature“, Nr. 1, 1970, S. 7-19 ).

Studieren magnetische Anomalien hat ein tolles praktische Bedeutung. Magnetometrische Methoden werden derzeit häufig in der Praxis der Suche und Erforschung von Magnetfeldern eingesetzt. Eisenerze, Bauxit, polymetallische Sulfiderze, wenn sie ferromagnetische Mineralien enthalten, und andere Mineralien. Magnetometrische Methoden werden auch in der geologischen Vermessung erfolgreich eingesetzt, um bestimmte Strukturen, Untergrundreliefs usw. zu identifizieren. Dies ist die kostengünstigste und schnellste aller geophysikalischen Erkundungs- und Suchmethoden.

Da die magnetischen und geografischen Pole der Erde nicht zusammenfallen, zeigt die Magnetnadel nur ungefähr die Nord-Süd-Richtung an. Die Ebene, in der die Magnetnadel installiert ist, wird als Ebene des magnetischen Meridians eines bestimmten Ortes bezeichnet, und die gerade Linie, entlang der diese Ebene die horizontale Ebene schneidet, wird als magnetischer Meridian bezeichnet. Der Winkel zwischen den Richtungen des magnetischen und des geografischen Meridians wird magnetische Deklination genannt; es wird normalerweise mit einem griechischen Buchstaben bezeichnet. Die magnetische Deklination variiert von Ort zu Ort auf der Erde.

Die magnetische Deklination wird als West- oder Ostdeklination bezeichnet, je nachdem, ob der Nordpol der Magnetnadel nach Westen () oder Osten () von der Ebene des geografischen Meridians abweicht (Abb. 229). Die Deklinationsmessskala reicht von 0 bis 180°. Oft wird die östliche Deklination mit einem „+“-Zeichen und die westliche Deklination mit einem „-“ gekennzeichnet.

Reis. 229. Die Position der Magnetnadel relativ zu den Himmelsrichtungen: a) an Orten mit östlicher magnetischer Deklination; b) an Orten mit westlicher magnetischer Deklination

Aus Abb. 228 Es ist klar, dass die Linien des Erdmagnetfelds im Allgemeinen nicht parallel zur Erdoberfläche verlaufen. Das bedeutet, dass die magnetische Induktion des Erdfeldes nicht in der Horizontebene eines bestimmten Ortes liegt, sondern mit dieser Ebene einen bestimmten Winkel bildet. Dieser Winkel wird magnetische Neigung genannt. Die magnetische Neigung wird oft mit dem Buchstaben bezeichnet. Die magnetische Neigung ist an verschiedenen Orten auf der Erde unterschiedlich.

Eine sehr klare Vorstellung von der Richtung der magnetischen Induktion des Erdmagnetfeldes an einem bestimmten Punkt kann man erhalten, indem man die Magnetnadel so verstärkt, dass sie sich sowohl um die vertikale als auch um die horizontale Achse frei drehen kann. Dies kann beispielsweise durch eine Aufhängung (die sogenannte kardanische Aufhängung) erfolgen, wie in Abb. 230. Der Pfeil ist in Richtung der magnetischen Induktion des Feldes ausgerichtet.

Reis. 230. Eine kardanisch gelagerte Magnetnadel ist in Richtung der magnetischen Induktion des Erdmagnetfeldes installiert

Magnetische Deklination und magnetische Neigung (Winkel und ) bestimmen vollständig die Richtung der magnetischen Induktion des Erdmagnetfelds an einem bestimmten Ort. Es bleibt abzuwarten Zahlenwert dieser Wert. Lassen Sie das Flugzeug in Abb. 231 stellt die Ebene des magnetischen Meridians eines bestimmten Ortes dar. Wir können die magnetische Induktion des in dieser Ebene liegenden Erdmagnetfelds in zwei Komponenten zerlegen: horizontal und vertikal. Wenn wir den Winkel (Neigung) und eine der Komponenten kennen, können wir die andere Komponente oder den Vektor selbst leicht berechnen. Wenn wir zum Beispiel den Modul der horizontalen Komponente kennen, dann finden wir aus einem rechtwinkligen Dreieck

Reis. 231. Zerlegung der magnetischen Induktion des Erdmagnetfeldes in horizontale und vertikale Komponenten

In der Praxis erweist es sich als am praktischsten, die horizontale Komponente des Erdmagnetfelds direkt und genau zu messen. Daher wird die magnetische Induktion dieses Feldes an der einen oder anderen Stelle auf der Erde am häufigsten durch den Modul seiner horizontalen Komponente charakterisiert.

Somit charakterisieren drei Größen: Deklination, Neigung und der numerische Wert der horizontalen Komponente vollständig das Erdmagnetfeld an einem bestimmten Ort. Diese drei Größen werden als Elemente des Erdmagnetfeldes bezeichnet.

129.1. Der Neigungswinkel der Magnetnadel beträgt 60°. Wenn an seinem oberen Ende ein Gewicht mit der Masse 0,1 g befestigt wird, wird der Pfeil in einem Winkel von 30° zur Horizontalen ausgerichtet. Welches Gewicht muss am oberen Ende dieses Pfeils angebracht werden, damit der Pfeil horizontal ist?

129.2. In Abb. 232 zeigt einen Neigungsmesser oder Neigungskompass, ein Gerät zur Messung der magnetischen Neigung. Es handelt sich um eine Magnetnadel, die auf einer horizontalen Achse montiert und mit einem vertikal geteilten Kreis zur Messung von Neigungswinkeln ausgestattet ist. Der Pfeil dreht sich immer in der Ebene dieses Kreises, aber diese Ebene selbst kann sich um eine vertikale Achse drehen. Bei der Neigungsmessung wird der Kreis in die Ebene des magnetischen Meridians gelegt.

Reis. 232. Zur Übung 129.2

Zeigen Sie, dass, wenn der Neigungskreis in der Ebene des magnetischen Meridians installiert ist, der Pfeil in einem Winkel zur Horizontebene eingestellt wird, der der Neigung des Erdmagnetfelds an einem bestimmten Ort entspricht. Wie ändert sich dieser Winkel, wenn wir den Neigungskreis um eine vertikale Achse drehen? Wie wird der Pfeil positioniert, wenn die Ebene des Neigungskreises senkrecht zur Ebene des magnetischen Meridians steht? 129.3. Wie verhält sich eine Kompassnadel, wenn sie über einem der Magnetpole der Erde platziert wird? Wie verhält sich der Neigungspfeil dort?

Eine genaue Kenntnis der Werte, die das Erdmagnetfeld für möglichst viele Punkte auf der Erde charakterisieren, ist äußerst wichtig. Es ist beispielsweise klar, dass der Navigator eines Schiffes oder Flugzeugs, damit er einen Magnetkompass verwenden kann, die magnetische Deklination an jedem Punkt seiner Route kennen muss. Schließlich zeigt ihm der Kompass die Richtung des magnetischen Meridians an, und um den Kurs des Schiffes zu bestimmen, muss er die Richtung des geografischen Meridians kennen.

Die Deklination gibt ihm die Korrektur der Kompasswerte, die erforderlich ist, um die wahre Nord-Süd-Richtung zu ermitteln. Daher untersuchen viele Länder seit Mitte des letzten Jahrhunderts systematisch das Erdmagnetfeld. Mehr als 50 spezielle Magnetobservatorien auf der ganzen Welt führen Tag für Tag systematisch magnetische Beobachtungen durch.

Derzeit verfügen wir über umfangreiche Daten zur Verteilung der Elemente des Erdmagnetismus rund um den Globus. Diese Daten zeigen, dass die Elemente des Erdmagnetismus von Punkt zu Punkt natürlich variieren und im Allgemeinen durch den Breiten- und Längengrad eines bestimmten Punktes bestimmt werden.

Elemente des Erdmagnetismus

Die Eigenschaften des Erdmagnetfeldes bilden die Grundlage für das Funktionsprinzip von Richtinstrumenten, mit deren Hilfe die Flugrichtung bestimmt und beibehalten wird.

Die Erde ist ein natürlicher Magnet, um den herum sich ein Magnetfeld befindet. Die magnetischen Pole der Erde stimmen nicht mit den geografischen Polen überein und befinden sich nicht auf der Erdoberfläche, sondern in einer gewissen Tiefe. Es wird allgemein angenommen, dass der Nordmagnetpol, der sich im nördlichen Teil Kanadas befindet, Südmagnetismus aufweist, d. h. zieht das nördliche Ende der Magnetnadel an, und der magnetische Südpol in der Antarktis hat nördlichen Magnetismus, d.h. zieht das südliche Ende der Magnetnadel an (Abb. 4.1, a). Die Position der Magnetpole ändert sich sehr langsam.

Magnetisch Stromleitungen Verlassen Sie den magnetischen Südpol und treten Sie ein Nordpol, wodurch geschlossene Kurven entstehen. Entlang der magnetischen Kraftlinien ist eine frei hängende Magnetnadel angebracht. Die Elemente des Erdmagnetismus sind: Spannung, Neigung und Neigung.

Die magnetische Feldstärke der Erde ( ) – die Kraft, mit der das Erdmagnetfeld an einem bestimmten Punkt wirkt. Sie wird in Oersted (oe) und Gamma (γ = 10 -5 oe) gemessen. Am Äquator beträgt die Stärke des Erdmagnetfeldes 0,34 Oe, in mittleren Breiten 0,4 - 0,5 Oe, an den Magnetpolen 0,79 Oe.

a) b)

Reis. 4.1. Erdmagnetfeld:

a) das Erdmagnetfeld; b) Elemente des Erdmagnetismus

Der Spannungsvektor kann in horizontale und vertikale Komponenten zerlegt werden (Abb. 4.1, b). Letztere werden durch die Formeln bestimmt: ; .

Die vertikale Komponente ist am magnetischen Äquator 0 und an den Magnetpolen maximal. Die horizontale Komponente ist die Kraft, die die Magnetnadel in Richtung der magnetischen Feldlinien ausrichtet. Am magnetischen Äquator ist er am größten und an den Magnetpolen ist er gleich 0.

Magnetische Neigung()– der Winkel, in dem sich die Magnetnadel relativ zur horizontalen Ebene neigt (Abb. 4.1, b). Am magnetischen Äquator beträgt die Neigung Null und an den Magnetpolen 90°. Um die Neigung der Magnetnadel bei Luftfahrtkompassen auf der Nordhalbkugel zu beseitigen, wird das südliche Ende der Nadel beschwert, auf der Südhalbkugel wird das nördliche Ende beschwert oder der Aufhängepunkt der Magnetnadel verschoben.

Magnetischer Meridian (S m)– die Linie, entlang der die magnetische Kompassnadel unter dem Einfluss des Erdmagnetfeldstärkevektors positioniert ist (Abb. 4.2, a).

Magnetische Deklination (Δ m)– der Winkel zwischen den nördlichen Richtungen des wahren (geografischen) und magnetischen Meridians an einem bestimmten Punkt (Abb. 4.2, b). Er wird von 0 bis 180° gemessen und vom wahren Meridian nach Osten (nach rechts) mit einem Pluszeichen und nach Westen (nach links) mit einem Minuszeichen gezählt.

Reis. 4.2. Magnetische Deklination:

a) wahre und magnetische Meridiane; b) magnetische Deklination

Elemente des Erdmagnetismus werden auf speziellen Magnetkarten angezeigt, die auf der Grundlage der Ergebnisse magnetischer Untersuchungen erstellt werden. Linien, die Punkte auf der Erdoberfläche mit der gleichen magnetischen Deklination in einer bestimmten Epoche verbinden, werden genannt Isogonen. Isogone werden auf Flug- und Bordkarten mit schraffierten Linien eingezeichnet. lila unter Berücksichtigung der Epoche (Jahr) der Messung. Die magnetische Deklination weist säkulare, jährliche, tägliche und episodische Schwankungen auf. Tägliche und jährliche Veränderungen erreichen durchschnittlich 4 - 10", säkulare 6 - 15°. Magnetische Stürme– plötzliche Änderungen der magnetischen Deklination, die mehrere Stunden bis mehrere Tage dauern und durch Sonnenaktivität verursacht werden. Das Ausmaß der Änderung der magnetischen Deklination erreicht gemäßigte Breiten bis 7°, in den Polarregionen bis 50°. Zusätzlich zu den Isogonen werden auch magnetische Anomalien auf Flug- und Bordkarten eingezeichnet. Magnetische Anomalie– ein Gebiet mit starken und signifikanten Veränderungen in allen Elementen des Erdmagnetismus. Das Vorhandensein magnetischer Anomalien ist mit Ablagerungen magnetischer Erze im Erdinneren verbunden. Die stärksten Anomalien sind Kursk, Kriwoj Rog, Magnitogorsk, Sarbai usw. In den Anomaliengebieten gibt es Punkte, an denen die magnetische Deklination ± 180° erreicht. Die Anomalie beeinträchtigt den Betrieb des Magnetkompasses bis zu einer Höhe von 1500 - 2000 m, und im Bereich der Kursk-Magnetanomalie gab es Fälle, in denen in einer Höhe von 3600 m eine Abweichung der Magnetkompassnadel um 50° auftrat beobachtet.

Kompassabweichung und -variation. Die Kompassabweichung wird durch die Einwirkung des von Stahl- und Eisenteilen des Flugzeugs erzeugten Magnetfelds und des elektromagnetischen Felds, das beim Betrieb der Elektro- und Funkausrüstung des Flugzeugs entsteht, auf die Kompassnadel verursacht. Dadurch wirkt neben dem Erdmagnetfeld auch das Magnetfeld der Sonne auf die magnetische Kompassnadel.

Kompassmeridian (N bis)– die Linie, entlang der die Magnetnadel des im Flugzeug befindlichen Kompasses installiert ist. Der Kompass und die magnetischen Meridiane stimmen nicht überein.

Kompassabweichung (Δ k)– der Winkel zwischen den nördlichen Richtungen des magnetischen Meridians und des Kompassmeridians (Abb. 4.3, a). Sie wird vom magnetischen Meridian nach Osten (nach rechts) mit einem Pluszeichen und nach Westen (nach links) mit einem Minuszeichen gemessen.

Reis. 4.3. Kompassabweichung und -variation:

a) Abweichung; b) Variation

Variation (Δ)– der Winkel zwischen den nördlichen Richtungen des wahren Meridians und des Kompassmeridians (Abb. 4.3, b). Sie wird vom wahren Meridian nach Osten (nach rechts) mit einem Pluszeichen und nach Westen (nach links) mit einem Minuszeichen gemessen. Die Variation ist gleich der algebraischen Summe der magnetischen Deklination und der Kompassabweichung Δ = (±Δ m) + (±Δ k).

4.2. Arten von Flugzeugkursen. Die Richtung der Längsachse des Flugzeugs in der Horizontebene wird durch den Kurs charakterisiert, der eines der Hauptnavigationselemente des Fluges ist.

Flugzeugkurs– der Winkel in der horizontalen Ebene zwischen der als Ursprung genommenen Richtung und der Projektion seiner Längsachse auf diese Ebene. Der Kurs wird ausgehend von der Bezugsrichtung zur Längsachse des Flugzeugs im Uhrzeigersinn von 0 bis 360° gemessen (Abb. 4.4). Bei Verwendung eines magnetischen oder gyromagnetischen Kompasses werden der Kompass oder die magnetischen Meridiane als anfängliche Referenzrichtung verwendet, und bei Verwendung von Kurssystemen im „GPK“-Modus wird der bedingte (Referenz-)Meridian verwendet.

Reis. 4.4. Flugzeugkurse

Abhängig vom Bezugsmeridian können die Verläufe sein: wahr, magnetisch, Kompass und bedingt.

Wahrer Kurs (IR)– der Winkel zwischen der Nordrichtung des wahren Meridians, der durch das Flugzeug verläuft, und der Längsachse des Flugzeugs.

Magnetischer Kurs (MC)– der Winkel zwischen der Nordrichtung des magnetischen Meridians, der durch die Sonne verläuft, und der Längsachse der Sonne.

Kompasskurs (CC)– der Winkel zwischen der Nordrichtung des durch das Flugzeug verlaufenden Kompassmeridians und der Längsachse des Flugzeugs.

Bedingter Tarif (UC)– der Winkel zwischen der Nordrichtung des durch das Flugzeug verlaufenden bedingten (Referenz-)Meridians und der Längsachse des Flugzeugs.

Bei der Durchführung verschiedener Navigationsberechnungen ist es notwendig, von einem Kurs zum anderen wechseln zu können. Die Übersetzung von Kursen erfolgt analytisch oder grafisch. Aus Abb. 4.4 ergeben sich folgende analytische Abhängigkeiten:

MK = KK + (±Δ k); KK = MK – (±Δ k);

IR = MK + (±Δm); MK = IR – (±Δ m);

IR = KK + (±Δ k) + (±Δ m); CC = IR – (±Δ m) – (±Δ k);

IR = CC + (±Δ); CC = IR – (±Δ).

Bei der Übersetzung von Kursen erfolgt die Berechnung der magnetischen Deklination, der Kompassabweichung und -variation anhand der Formeln:

Δ m = IR – MK; Δ k = MK – KK; Δ = IR – CC; Δ = (±Δ m) + (±Δ k).

Die Beziehung zwischen den bedingten, wahren und magnetischen Kursen wird durch die Formeln bestimmt:

UK = IR + (±Δ a); UK = MK + (±Δ m.u).

Bei der analytischen Übersetzung von Lehrveranstaltungen müssen Sie folgende Regeln beachten:

1) Wenn der magnetische oder wahre Kurs durch den Kompasskurs bestimmt wird, werden die Kompassabweichung, die magnetische Deklination und die Variation mit ihrem Vorzeichen berücksichtigt, d.h. algebraisch addiert (Abb. 4.5);

2) Wenn der Magnet- oder Kompasskurs durch den wahren Kurs bestimmt wird, werden die magnetische Deklination, die Kompassabweichung und -variation mit umgekehrtem Vorzeichen berücksichtigt, d. h. algebraisch subtrahieren.

Reis. 4.5. Regeln zur Kursübertragung

Um Kurse grafisch zu übersetzen, ist es notwendig, auf einem Blatt Papier die nördliche Richtung des Meridians des Kurses zu zeichnen, der entsprechend den Bedingungen des Problems angegeben wird, und davon die Richtung der Längsachse des Flugzeugs beiseite zu legen ( den Wert des gegebenen Kurses). Anschließend werden die restlichen Meridiane unter Berücksichtigung des Vorzeichens der Abweichung und der magnetischen Deklination eingezeichnet. Die Werte der geforderten Tarife werden nach dem Schema ermittelt.

Beispiel. CC = 270°; Δк = +5°; Δ m = –10° (Abb. 4.6). Bestimmen Sie MK, IR und Variation.

Lösung. MK = KK + (±Δ k) = 270° + (+5°) = 275°;

IR = MK + (±Δ m) = 275° + (–10°) = 265°;

Δ = (±Δ m) + (±Δ k) = (–10°) + (+5°)= –5°.

Reis. 4.6. Grafische Übersetzung von Kursen

In der Praxis der Flugnavigation ist es notwendig, Navigationsprobleme im Zusammenhang mit der Peilung von Orientierungspunkten zu lösen. Bei der Peilung handelt es sich um die Bestimmung der Kurswinkel von Orientierungspunkten und Peilungen.

Landmark-Kurswinkel (LOA)– der Winkel zwischen der Längsachse des Flugzeugs und der Richtung zur Landmarke (Abb. 4.7). Sie wird von der Längsachse des Flugzeugs bis zur Landmarke im Uhrzeigersinn von 0 bis 360° gemessen.

Landmark-Peilung (PO)– der Winkel zwischen der nördlichen Richtung des Meridians, der durch die Sonne verläuft, und der Richtung zum Orientierungspunkt. Gezählt wird von der nördlichen Richtung des Meridians bis zur Richtung des Orientierungspunkts im Uhrzeigersinn von 0 bis 360°. Die Peilung einer Landmarke kann wahr (IPO) und magnetisch (MPO) sein. Zwischen Peilung, Kurs und Kurswinkel einer Landmarke besteht folgender Zusammenhang:

MPO = MK + KUO; KUO = MPO – MK; MK = MPO – KUO.

Reis. 4.7. Peilung und Kurswinkel der Landmarke

Ein Merkmal des Erdmagnetfeldes ist, wie bei jedem anderen Magnetfeld auch, seine Intensität bzw. seine Komponenten. Um einen Vektor in seine Komponenten zu zerlegen, verwendet man normalerweise rechteckiges System Koordinaten, bei denen die x-Achse in Richtung des geografischen Meridians ausgerichtet ist (in diesem Fall gilt die Richtung der x-Achse nach Norden als positiv), die y-Achse in Richtung des Parallelen ausgerichtet ist ( die Richtung der y-Achse nach Osten gilt als positiv). Die z-Achse ist somit vom Beobachtungspunkt aus von oben nach unten gerichtet (Abb. 3.8). Die Projektion des Vektors auf die x-Achse wird als Nordkomponente H x bezeichnet, die Projektion auf die y-Achse ist die Ostkomponente H y und die Projektion auf die z-Achse ist die Vertikalkomponente H z. Diese Projektionen werden normalerweise mit X, Y bzw. Z bezeichnet. Die Projektion auf die horizontale Ebene wird als horizontale Komponente H bezeichnet. Die vertikale Ebene, in der der Vektor liegt, wird als Ebene des magnetischen Meridians bezeichnet. Offensichtlich liegen die x- und z-Achsen in der Ebene des geografischen Meridians, daher wird der Winkel D zwischen den Ebenen des geografischen und magnetischen Meridians als magnetische Deklination bezeichnet. Der Winkel zwischen der Horizontalebene und dem Vektor wird als magnetische Neigung J bezeichnet. Die Neigung ist positiv, wenn der Vektor von der Erdoberfläche nach unten gerichtet ist, was auf der Nordhalbkugel der Fall ist, und negativ, wenn er nach oben gerichtet ist, also auf der Südhalbkugel Hemisphäre.

Deklination D, Inklination J, horizontale Komponente H, nördliches X, östliches Y und vertikale Komponente Z werden als Elemente des Erdmagnetismus bezeichnet. Keines von

Elemente des Erdmagnetismus bleiben über die Zeit nicht konstant, sondern ändern ihren Wert kontinuierlich von Stunde zu Stunde und von Jahr zu Jahr. Solche Veränderungen nennt man Variationen der Elemente des Erdmagnetismus.

Langsame Variationen der Elemente des Erdmagnetismus werden als säkulare Variationen bezeichnet. Säkulare Variationen von Elementen werden mit darin liegenden Quellen in Verbindung gebracht Globus. Flüchtige Schwankungen periodischer Natur haben ihren Ursprung in elektrischen Strömen in hohen Schichten der Atmosphäre.

Das Erdmagnetfeld gliedert sich in drei Hauptteile:

1) das Hauptmagnetfeld und seine säkularen Variationen, die eine interne Quelle im Erdkern haben;

2) ein anomales Feld, das durch eine Kombination von Quellen in einer dünnen oberen Schicht, der magnetisch aktiven Hülle der Erde, verursacht wird;

3) externes Feld, das mit externen Quellen verbunden ist – aktuelle Systeme im erdnahen Weltraum.

Das Haupt- und das anomale Feld werden als konstantes Erdmagnetfeld bezeichnet. Das Feld externen Ursprungs heißt variabel elektromagnetisches Feld, da es nicht nur magnetisch, sondern auch elektrisch ist.

Der Beitrag des Hauptfeldes beträgt durchschnittlich mehr als 95 %, der Anteil des anomalen Feldes beträgt 4 % und der Anteil des Außenfelds beträgt weniger als 1 %.

Ein theoretisches Modell in Form eines Dipolmagneten, der im Zentrum der Erde platziert wird, erzeugt auf seiner Oberfläche ein Magnetfeld, das relativ gut mit dem realen Erdmagnetfeld übereinstimmt.

Allerdings wird dieses Feld genauer reproduziert, wenn ein solcher „Magnet-Dipol“ um einen Winkel von 11,5° relativ zur Rotationsachse des Planeten gedreht wird, und noch genauer, wenn er 450 km in Richtung Pazifischer Ozean verschoben wird.

Die Schnittpunkte der Erdoberfläche mit der Achse eines verschobenen Dipolmagneten werden als geomagnetische Pole bezeichnet.

Die Koordinaten der geomagnetischen Pole stimmen daher nicht mit den Koordinaten der geografischen Pole des Globus überein, und dementsprechend stimmt dies auch nicht mit dem geomagnetischen Äquator (einer Linie auf der Erdoberfläche, an deren Punkten die Neigung des Dipolfelds Null ist). nicht mit dem geografischen Äquator übereinstimmen. Die Position der Magnetpole ist nicht konstant, sondern ändert sich ständig.

In der Nähe der Magnetpole vertikale Komponente nimmt einen Maximalwert von ca. an 49,75 A/m, und die horizontale Komponente in diesem Bereich ist Null.

Am magnetischen Äquator ergibt sich der Betrag der vertikalen Komponente gleich Null, A horizontale Komponente nimmt den größten Wert an ( Maximalwert es erhält in der Nähe der Sunda-Inseln ungefähr gleich 31,83 A/m).

Um sich das Bild der Verteilung der Elemente des Erdmagnetismus auf der Erdoberfläche klar vorzustellen, verwenden sie ein grafisches Bildgebungsverfahren – die Methode zur Erstellung von Isolinienkarten, d.h. Kurven, die Punkte auf der Karte mit verbinden die gleichen Werte der untersuchte Magnetfeldparameter.

Magnetkarten werden sowohl für eine bestimmte Region als auch für das ganze Land und schließlich für den gesamten Globus gebaut. Im letzteren Fall werden sie aufgerufen Weltkarten.

Die Betrachtung von Welt-Isolinienkarten und Isolinienkarten einzelner Regionen führt zu dem Schluss, dass das Magnetfeld auf der Erdoberfläche die Summe mehrerer Felder ist, die unterschiedliche Ursachen haben, nämlich:

– das durch die gleichmäßige Magnetisierung des Globus erzeugte Feld, genannt Dipol (nachgebildet durch den obigen Dipolmagneten), – ;

– ein Feld, das durch interne Gründe verursacht wird, die mit der Heterogenität der tiefen Schichten der Erde verbunden sind und als Nicht-Dipol bezeichnet werden (es wird auch als Feld globaler Anomalien bezeichnet);

– Feld aufgrund der Magnetisierung der oberen Teile Erdkruste, – ;

– durch äußere Ursachen verursachtes Feld, – ;

– Variationsfeld, dessen Entstehungsursachen auch mit Quellen außerhalb der Welt verbunden sind, d.h.

Summe aus Dipol- und Nicht-Dipolfeldern

bildet, wie oben erwähnt, das Hauptmagnetfeld der Erde.

Das Feld ist ein anomales Feld, das in ein Feld regionaler Natur unterteilt ist und sich erstreckt große Gebiete und ein Feld mit lokalem Charakter, das auf kleine Gebiete beschränkt ist. Im ersten Fall spricht man von einer regionalen Anomalie und im zweiten Fall von einer lokalen Anomalie.

Oft die Summe der Felder der gleichmäßigen Magnetisierung, des Feldes der Weltanomalien und des äußeren Feldes

wird als Normalfeld bezeichnet. Da es sehr klein ist und praktisch vernachlässigt werden kann, fällt das Normalfeld praktisch mit dem Hauptfeld zusammen. Unter diesem Gesichtspunkt ist das beobachtete Feld, wenn wir das Variationsfeld davon ausschließen, die Summe des Normalen (oder Hauptfeldes) und des Anomalen:

.

Wenn also die Verteilung des Normalfeldes auf der Erdoberfläche bekannt ist, kann der anomale Teil des Magnetfeldes bestimmt werden.

Typischerweise ist die Intensität des Normalfeldes um ein Vielfaches größer als die Intensität regionaler und lokaler Anomalien. Es gibt, wenn auch äußerst selten, Bereiche auf der Erdoberfläche

in denen diese Anomalien in ihrer Intensität nahe am Hauptmagnetfeld der Erde liegen. Aber auch zwischen diesen Bereichen Die Region der magnetischen Kursk-Anomalie ist einzigartig, wo Dutzende magnetischer „Everests“ „aufsteigen“.

Das Erdmagnetfeld ist ein schwaches Feld, und die Stärke seines Normalfeldes (Spannungsmodul) variiert je nach Region in einem weiten Bereich. An den Polen erreicht sie, wie bereits erwähnt, 49,5 A/m, im Raum Moskau 39,8 A/m. im Gebiet von Komsomolsk am Amur - 43,8 A/m. Größter Wert auf dem Territorium unseres Landes erreicht sie in der Gegend von Irkutsk, Jakutien - 48,54 A/m, auf Sachalin – 40,59 A/m.

Derzeit wird den magnetischen Variationen große Aufmerksamkeit geschenkt, da sie neben ihrer wissenschaftlichen Bedeutung auch als Phänomen von Interesse sind, das die praktischen Aktivitäten des Menschen und seine Gesundheit beeinflusst. Also, wann Variationen erheblicher Amplitude - magnetische Stürme– Die Funkkommunikation ist gestört, die Arbeit vieler Menschen verschlechtert sich technische Geräte, die Geschwindigkeit physiologischer Prozesse ändert sich. Beispielsweise wurde im Juli 1959 infolge eines starken Magnetsturms die Funkkommunikation zwischen Europa und Amerika unterbrochen und es wurden Störungen der elektrischen Signalübertragung beobachtet Eisenbahnen In vielen Ländern fielen sogar einige elektrische Anlagen aus (die Isolierung von Kabeln und Transformatorwicklungen wurde beschädigt).

Es wurde auch festgestellt, dass starke Veränderungen im Erdmagnetfeld für Tiere und Pflanzen nicht gleichgültig sind. Der Einfluss von Schwankungen des Erdmagnetfelds auf die menschliche Gesundheit ist mittlerweile unbestreitbar. Also, wenn es in einer der Städte Spannungen gibt Das Magnetfeld erhöhte sich im Laufe des Tages um das Dreifache, die Zahl der Todesfälle stieg um das 1,8-fache.

Magnetische Schwankungen ändern sich an verschiedenen Tagen unterschiedlich. Manchmal erfolgen Veränderungen reibungslos und gehorchen einem bestimmten Muster, manchmal sind sie chaotisch und dann ändern die Perioden, Amplituden und Phasen der Variationen kontinuierlich ihre Bedeutung. Im ersten Fall werden die Variationen als ruhig oder ungestört bezeichnet, im zweiten Fall als gestört.

Zur Nummer ungestörte Variationen betreffen solar-täglich, mond-täglich und jährlich.

Auch der gestörte Teil der Magnetfeldschwankungen besteht aus einer ganzen Reihe von Schwankungen, die, einander überlagert, in der Summe unregelmäßige Schwingungen aller Elemente des Erdmagnetismus um den Mittelwert ergeben. Einige dieser Variationen sind ziemlich bestimmten Zeitraum, andere ändern ihre Periode von einer Schwingung zur anderen. Darüber hinaus gibt es Variationen nichtperiodischer Natur. Daher werden gestörte Schwankungen auch in periodische, nichtperiodische und unregelmäßige Schwankungen eingeteilt. Zu den periodischen gehören gestörte Schwankungen des Sonnentages mit einer Periode von Sonnentagen und kurzperiodische Schwingungen, deren Periode von Bruchteilen von Sekunden bis zu mehreren zehn Minuten reicht. Unter den nichtperiodischen ist eine Variation namens aperiodisch gestört bekannt, die sich bei magnetischen Stürmen hauptsächlich in einer Änderung der horizontalen Komponente äußert. Unregelmäßige Schwankungen der Elemente des Erdmagnetismus machen den Hauptanteil magnetischer Störungen aus.

Darüber hinaus gibt es Varianten, die keiner dieser drei Typen zugeordnet werden können. Diese Variationen werden als Buchtform bezeichnet.

Magnetische Störungen können lokaler Natur sein und nur in einem begrenzten Längen- und Breitengradbereich beobachtet werden oder, wenn sie eine große Intensität erreichen, bedecken auf einmal die gesamte Erde. Im letzteren Fall werden sie aufgerufen magnetische Stürme oder globale Stürme.

Es ist üblich, magnetische Stürme mit plötzlichem Beginn und Stürme mit allmählichem Beginn zu unterscheiden. Im ersten Fall kommt es vor dem Hintergrund einer ruhigen Bewegung aller Elemente zu einem plötzlichen Sprung, der innerhalb von ein bis zwei Minuten an allen Stationen auf dem Globus festgestellt wird. Ein solcher Sprung manifestiert sich besonders deutlich in der Größe der horizontalen Komponente, die um mehrere zehn Gammas zunimmt (eine systemfremde Einheit der Magnetfeldstärke von einhundert).

Tausendstel von Oersted; 1g = 10 -5 Oe = 0,795775×10 -3 A/m). Im zweiten Fall treten Störungen in Form einer allmählichen Zunahme der Amplitude aller Elemente auf.

Stürme Es ist üblich, nach Intensität (nach Amplitude) zu unterteilen schwach, mäßig und groß. In einem großen Sturm Amplituden beispielsweise der horizontalen Komponente der magnetischen Feldstärke können 3000 g erreichen ( 2,39 A/m) und mehr .

Unter Häufigkeit magnetischer Stürme verstehe sie Menge, die einem bestimmten Zeitraum zugeordnet werden kann(Jahr, Jahreszeit, Tag). Die Häufigkeit magnetischer Stürme hängt von vielen Faktoren und vor allem von der Sonnenaktivität ab. IN In den Jahren maximaler Sonnenaktivität ist die Häufigkeit von Stürmen am höchsten: von 23 (im Jahr 1894) auf 41 (im Jahr 1938) Stürme pro Jahr, und in Jahren mit minimaler Sonnenaktivität sinkt sie auf mehrere Stürme pro Jahr. Darüber hinaus hängt die Häufigkeit von Stürmen von der Jahreszeit ab. Während der Tagundnachtgleiche kommt es häufiger zu Stürmen.

Es sollte auch eines der Hauptmuster beim Auftreten magnetischer Stürme beachtet werden, nämlich ihr 27 Tage Wiederholbarkeit.

IN letzten Jahren Es wurde auch ein Zusammenhang zwischen magnetischen Stürmen und Sonnenwindparametern festgestellt.

MINISTERIUM FÜR KOMMUNIKATION

RUSSISCHE FÖDERATION

MOSKAUER STAATSUNIVERSITÄT

KOMMUNIKATIONSWEGE (MIIT)

Abteilung "Physik-2"

GENEHMIGT

Redaktion und Veröffentlichung

Universitätsrat

Richtlinien

für Laborarbeiten

in der Physik

Werke Nr. 20, 22, 90

Herausgegeben von Prof. V.A Nikitenko und Assoc. A.P. Prunzewa

MOSKAU–2003

Richtlinien für Laborarbeiten in der Physik. Werke Nr. 20, 22, 90 / Ed. Prof. Nikitenko V.A. (Nr. 22.90), außerordentlicher Professor Pruntsev A.P. (Nr. 20) - M.: MIIT, 2003. - 25 S.

Richtlinien für Laborarbeiten in der Physik richten sich an Studierende aller Institute und Fakultäten des MIIT, die von der Abteilung für Physik-2 betreut werden, und entsprechen dem Programm und Lehrplan in der Physik (Abschnitt „Elektrodynamik“).

Die methodischen Anweisungen wurden von Lehrern zusammengestellt: Oberlehrerin Gosudareva N.A. (Arbeit Nr. 20), außerordentlicher Professor. Prunzew A.P. (Werk Nr. 22, 90).

Bei der Erstellung der Richtlinien für Laborarbeiten Nr. 20 wurde die Beschreibung der entsprechenden Laborarbeiten in RGOTUPS verwendet.

 Moskauer Staatliche Eisenbahnuniversität

Nachrichten (MIIT), 2003

Arbeit 20 Bestimmung der horizontalen Komponente des Erdmagnetfeldstärkevektors

Ziel der Arbeit: Untersuchung des Magnetfeldes des Kreisstroms. Kennenlernen der Grundlagen der Lehre vom Erdmagnetismus.

Geräte und Zubehör: 1. Gleichstromquelle. 2.Rheostat. 3. Amperemeter.4. Schalter.5. Tangentengalvanometer.

Elemente des Erdmagnetismus

Die Erde als Ganzes ist ein riesiger Magnet. Im die Erde umgebenden Raum herrscht ein Magnetfeld, dessen Kraftlinien in Abb. 1 dargestellt sind. Der magnetische Nordpol befindet sich am geografischen Südpol und der magnetische Südpol am geografischen Nordpol . Das Erdmagnetfeld ist horizontal auf den Äquator und vertikal auf die Magnetpole gerichtet. An anderen Punkten der Erdoberfläche ist das Erdmagnetfeld in einem bestimmten Winkel gerichtet.

Mit einer Magnetnadel lässt sich die Existenz eines Magnetfeldes an jedem Punkt der Erde nachweisen. Wenn Sie eine Magnetnadel aufhängen N.S. auf einem Thread L(Abb. 2) Damit der Aufhängepunkt mit dem Schwerpunkt übereinstimmt, wird der Pfeil in Richtung der Tangente an die Kraftlinie des Erdmagnetfeldes eingestellt.

Magnetische Meridianebene

Zum Mittelpunkt der Erde

Auf der Nordhalbkugel ist das südliche Ende zur Erde gerichtet und die Pfeilachse bildet einen Neigungswinkel zum Horizont (am magnetischen Äquator die Neigung , gleich 0). Die vertikale Ebene, in der sich die Pfeilachse befindet, wird als Ebene des magnetischen Meridians bezeichnet. Alle Ebenen magnetischer Meridiane schneiden sich in einer geraden Linie N.S., und Spuren magnetischer Meridiane auf der Erdoberfläche befinden sich an den Magnetpolen N Und S. Als magnetische Pole nicht mit den geographischen übereinstimmen, dann weicht die Pfeilachse vom geographischen Meridian ab. Der Winkel, den eine vertikale Ebene, die durch die Achse der Magnetnadel (magnetischer Meridian) verläuft, mit dem geografischen Meridian bildet, wird magnetische Deklination genannt (Abb. 2). Vektor Die Gesamtstärke des Erdmagnetfeldes lässt sich in zwei Komponenten zerlegen: horizontal und vertikal .Werte der Deklinations- und Neigungswinkel sowie der horizontalen Komponente Vektor wird es ermöglichen, die Größe und Richtung der Gesamtstärke des Erdmagnetfelds an einem bestimmten Punkt zu bestimmen. Wenn sich die Magnetnadel nur um eine vertikale Achse frei drehen kann, wird sie unter dem Einfluss der horizontalen Komponente des Erdmagnetfelds in der Ebene des magnetischen Meridians positioniert. Horizontale Komponente , magnetische Deklination und Stimmung sogenannte Elemente des Erdmagnetismus.

Unterscheiden östlich Und Western Deklination (der Nordpol des Pfeils weicht nach rechts oder links vom geografischen Meridian ab).

Es gibt Neigung nördlich Und Süd-(Das nördliche oder südliche Ende des Pfeils befindet sich oberhalb oder unterhalb der horizontalen Ebene). Diese beiden Winkel sind die magnetischen Koordinaten eines bestimmten Punktes. Zum Beispiel für Moskau = 8° (östliche Deklination), =70° (Nordneigung).

Die Elemente des Erdmagnetismus verändern sich sanft, wenn man sich von einem Punkt zum anderen bewegt. Wenn Störungen dieser sanften Veränderung beobachtet werden, spricht man von einer magnetischen Anomalie in der Gegend. Anomalien sind mit großen Vorkommen magnetischer Erze verbunden, beispielsweise der magnetischen Kursk-Anomalie.

Die Stärke des Erdmagnetfeldes ist relativ gering, das Vorhandensein des Erdmagnetismus macht sich jedoch deutlich in einer Reihe geographischer und anderer Phänomene bemerkbar. Zu diesen Phänomenen gehören Polarlichter und das Einfangen geladener Teilchen aus dem Weltraum in besonderen Fallen, den sogenannten Strahlungsgürteln der Erde.

Einige biophysikalische Experimente legen nahe, dass die räumliche Orientierung von Vögeln bei saisonalen Langstreckenflügen mit ihrer Fähigkeit zusammenhängt, die Richtung magnetischer Feldlinien zu spüren.