Магнитное поле Земли

З емля представляет собой огромный шаровой магнит. В любой точке пространства, окружающего Землю, и на ее поверхности обнаруживается действие магнитного поля. Другими словами, в пространстве, окружающем Землю, создается магнитное поле, силовые линии которого изображены на рис. 4.

Земля - огромный магнит, полюса которого лежат вблизи гео­графических полюсов: вблизи южного полюса расположен северный магнитный N, а вблизи северного географического С - южный магнитный S. На рис. 4 для удобства южный географический полюс Ю изображен сверху.

Происхождение магнитного поля Земли до настоящего времени еще не выяснено. По последним гипотезам поле Земли связано с токами, циркулирующими по поверхности ядра Земли, и отчасти намагниченностью горных пород , а так же и токами в радиационных поясах.

Существование магнитного поля в любой точке Земли можно установить с помощью магнитной стрелки. Вертикальная плоскость, в которой расположится стрелка, называется плоскостью магнитного меридиана.

Поскольку магнитные полюсы не совпадают с географическими, то стрелка будет отклонена от географического меридиана. Угол, который образуется между географическим и магнитным меридианами, называется магнитным склонением θ.

Направление силовых линий также устанавливается с помощью магнитной стрелки. Если подвесить стрелку на нити, то она устанавливается по направлению касательной к силовой линии. В северных широтах (географическая широта г. Владикавказа около 43°) ось стрелки наклонена к горизонту и составляет с ним угол, называемый углом наклонения α. Из чертежа видно, что на экваторе стрелка располагается горизонтально, у магнитных полюсов - вертикально, в остальных точках - под некоторым углом к горизонту.

Величина проекции напряженности магнитного поля Земли на горизонтальную плоскость называется горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли Н_з (рис. 4, точка К).

Экспериментальная установка

Для определения горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли в нашей работе используется тангенс-гальванометр.

Он представляет собой плоскую вертикальную катушку радиуса R. с некоторым числом витков n. Величина радиуса R и число витков n катушки указаны на тангенс-гальванометре.

В центре катушки в горизонтальной плоскости расположен компас. Магнитная стрелка компаса при отсутствии тока в катушке будет расположена по магнитному меридиану Земли.

Поворотом катушки около вертикальной оси можно добиться совмещения плоскости катушки с плоскостью магнитного меридиана. Если после такой установки катушки по ней пропустить ток, то магнитная стрелка повернется на некоторый угол . Объясняется это тем, что на магнитную стрелку будут действовать два поля: вектор горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли и вектор напряженности магнитного поля катушки, созданного током (рис. 5).

П од действием этих полей магнитная стрелка займет такое положение равновесия, при котором равнодействующая двух полей будет совпадать с линией, соединяющей полюса стрелки.

Таким образом, вектор совпадает с плоскостью катушки, а вектор направлен перпендикулярно к плоскости витков. Из рис. 5 видно, что

и, следовательно,

(6)

определяется по закону Био-Савара-Лапласа (5). С учетом числа витков катушки n (7)

Подставляя (7) в формулу (6), получим:

(8)

Этой формулой пользуются для опытного определения Н_з. В СИ напряженность магнитного поля измеряется в А/м.