Вектор напряженности

Напряженностью характеризуют магнитное поле, созданное в среде макроскопическими (немолекулярными) токами, без учета вклада, вносимого намагниченностью среды. Вектор определяет магнитную индукцию только внешних источников;

, где - вектор намагниченности среды, - магнитная проницаемость.

Единицы измерения: имеет размерность: СГС– Эрстед (Э), СИ- А/м, 1мЭ = Э, 1 гамма = Э. Эта единица равновелика единице в СГС – гауссу (ГС).

1Тл = Гс = Э

На единичную массу действует напряженность магнитного поля в один Ньютон или в одну дину. На практике в СГС используют стотысячную долю эрстеда – гамм (1), т.к.

1 = 1*Э, а 1Э = 1*Тл, то

1 = 1*Тл = 1нТл, т.е. 1 = 1нТл

Намагниченность бывает индуктивной (наведенной ), если она возникла и наблюдается под воздействием внешнего намагничивающего поля и при снятии поля исчезает, и остаточной (которая сохраняется после снятия намагничивающего поля).

Намагниченность – величина векторная. Если вектор сохраняет свою величину и направление во всех точках тела, намагниченность называется однородной.

= , где – магнитная восприимчивость среды, величина безразмерная.

Наведенная намагниченность пропорциональна напряженности поля.

В среде, не содержащей постоянных магнитов, возможна только наведенная намагниченность. В этом случае из уравнения связи между и следует:

Безразмерную величину 1+ называют относительной проницаемостью вещества: .

Напряженность магнитного поля Земли Т и значение его вертикальной составляющей и горизонтальной составляющей можно определить из равенств:

,

,

R = 6371км, М – магнитный момент Земли 8.3 * А*, - геомагнитная широта.

Полный вектор достигает наибольшего значения на полюсах (Ө = 0, 180 градусов), а наименьшего на экваторе (Ө = 90, 270 градусов). Диапазон измерения от 2М/ до М/.

На магнитных полюсах: 2М/, Н = 0.

На магнитном экваторе: М/, Z = 0.

Магнитная стрелка у магнитных полюсов займет вертикальное положение, на магнитном экваторе – горизонтальное.

М – магнитный

Момент

В настоящее время основной причиной земного магнетизма считают электрические токи, которые генерируются в ядре Земли, обладающей высокой электропроводностью.

Как уже говорилось выше, аномалиями элементов магнитного поля являются отклонения измеряемых значений магнитного поля от нормальных значений. Карты нормального поля строятся по всем элементам магнитного поля по результатам их измерений в точках дневной поверхности по определенной сетке (20*20км). Полученные значения усредняют в пределах площади трапеций размером 1 градус по долготе и 2 градуса по широте с целью устранения влияния геологических образований.

На карте элементов магнитного поля Земли линии равных значений Т, Z и Н, называются изодинамами, линии равных значений склонения D – изогонами, равных значений наклонения – изоклинами.

3.Элементы земного магнетизма

Магнитное поле Земли подобно полю диполя, помещенного в центр шара. Вектор магнитной индукции в точках магнитного экватора горизонтален, а на магнитных полюсах – вертикален. На северном полюсе он направлен вниз, на южном - вверх.

Следует обратить внимание на то, что в северном полушарии, т.к. вектор направлен вниз, расположен южный полюс диполя, а в южном полушарии - северный. (По физической сущности, у постоянных магнитов силу взаимного притяжения испытывают всегда разноименные полюса). Магнитное поле северного полушария принято называть северным, а южного полушария - южным. При переходе от одной точки поверхности Земли к другой вектор будет изменять величину и направление.

Рассмотрим составляющие полного вектора напряженности геомагнитного поля . Возьмем прямоугольную систему координат с началом в точке измерений, ось Z – направляем вниз, ось X – на географический север, ось Y – перпендикулярно на восток; т.о. ось Y –параллели, X – меридианы, угол D – магнитное склонение, угол I – магнитное наклонение.

Рис.1 Составляющие магнитного поля

При небольших значениях аномальная составляющая является проекцией на направление нормального поля.

,

В такой системе координат проекции вектора на направления осей X, Y, Z называют соответственно северной, восточной и вертикальной составляющими магнитного поля Земли и обозначаются буквами X, Y, Z.

Полный вектор в большинстве точек земной поверхности не совпадает ни с одной из осей.

Проекцию вектора на плоскость XOY называют горизонтальной составляющей магнитного поля и обозначают . Направление вектора определяет направление магнитного меридиана, а плоскость, в которой лежат векторы и , называется плоскостью магнитного меридиана.

Угол, между направлением магнитного меридиана в данной точке и некоторым заданным направлением, называется магнитным азимутом (он отсчитывается от направления магнитного меридиана по часовой стрелке).

Угол D – между направлениями географического и магнитного меридианов, называется магнитным склонением. Он отсчитывается от направления оси X по направлению движения часовой стрелки.

Угол I – между направлениями векторов и называется магнитным наклонением. Он отсчитывается от горизонтальной плоскости вниз; в северном полушарии вектор направлен вниз, поэтому угол I – положительный, в южном полушарии направлен вверх, поэтому угол I – отрицательный. Составляющие X, Y, Z, H, D, I являются элементами земного магнетизма. Склонения и наклонения измеряются в градусах.

В первом приближении магнитное поле Земли можно рассматривать как поле шара, намагниченного по оси, отклоняющейся от оси вращения приблизительно на 11,5 градуса. При этом магнитный потенциал шара можно определить как потенциал диполя:

U = M

М – магнитный момент Земли, равный 8,3*10А*м.

R – радиус Земли, равный 6371км

геомагнитная широта (угол между осью диполя и радиус-вектором, проведенным из центра Земли в данную точку на ее поверхности).

- географическая широта местности