地磁场水平量分的测量.docxVIP

地磁场水平分量的测量?梅自成（苏州大?学 物理科学与技术院? 光伏科学与技术 1?012403001）?提要：地磁场的形成?是由于地电流,地球表?面不同地点的磁场强度?不同。这次将用正切电?流计测量地磁场水平分?量。由于一些条件限制?，测量结果与实际值有?一定偏差，对此进行适?当的分析。关键词：?地磁场；水平分量；亥?姆霍兹线圈；正切电流?计0 引言地球是?一个大磁体，地球本身?及其周围空间存着磁场?叫做“地球磁场”又称?地磁场，其主要部分是?一个偶极子轴线与地球?表面的两个交点称为地?磁极，地磁的南（北）?极实际上是地心磁偶极?子的北（南）极，如图?1。地心磁偶极子的磁?轴 与地球的旋转轴N?S斜交一个角度 。所?以地磁极与地理极相近?但不相同，地球磁场的?强和方向随地点、时间?而发生变化。地球表?面任何一点心地磁场的?磁感应强度矢量B具有?一定的大小和方向。在?地理直角坐标系中如图?2所示。O点表示测量?点，x轴指向北，即为?地理子午线（经线）的?方向；y轴指向东，即?为地理纬线方向；z轴?垂直于地平面而指向地?下。xOy代表地平面?。B在xOy平面上的?投影 称为水平分量。?水平分量所指的方向就?是磁针北极所指的方向?；水平分量偏离地理真?北极的角度D称为磁偏?角，也就是磁子午线与?地理子午线的夹角。由?地理子午线起算，磁偏?角东为正，西偏为负。?B偏离水平面的角度I?称为磁倾角。在北半球?的大部分地区磁针的N?极下倾，而在南半球，?则磁针的N极向上仰，?规定N极下倾为正，上?仰为负。B的水平分量? 在x、y轴上的投影?，分别称为北向分量 ?和东向分量 ；B在Z?轴上的投影 称为垂直?分量。故某一地点O?的地磁要素有：⑴地磁?场总磁感应强度B，⑵?磁倾角I，⑶磁偏角D?，⑷水平分量 ，⑸?垂直分量 ，⑹北向?分量 ，⑺东向分量? 。就是B在直角?坐标系中的坐标值，而?D和D、、I则分?别是B在柱面坐标系和?球坐标系中的坐标值，?这三种坐标体系是彼此?独立的，在它们之间，?存在着如下的变换关系?：； ? ? ? （1）1.用正?切电流计原理测量地磁?场水平分量。1　?正切电流计原理利用?亥姆霍兹线圈制成一台?正切电流计，亥姆霍兹?线圈是一对相同的圆形?线圈，彼此平行而且共?轴，两线圈平行放置，?绕行方向一致，相互串?联，其线圈的间距等于?线圈的半径。如图4?所示，令其中，?即的两线圈在轴线上产?生的磁感应强度和的大小分?别为?由于和的方?向一致，总磁感应强度?的大小为它的一、二阶导数?分别为?令x=0处的 =0，即?O点附近磁场最均匀的?条件为?即两线圈的间距等于它?们的半径。图3所以在中?心点附近较大范围内的?磁场是相当均匀的，亥?姆霍兹线圈在低磁场情?况下既做磁化线圈，产?生给定的磁场，又可作?为弱磁场的计量基准，?在较大的空间范围内，?由于空间场的不均匀性?引起的误差是很小的。?在亥姆霍兹线公共轴线?的中点处，水平放置一?罗盘，即构成了正切电?流计，如图4示。 ? 在通电前，先将?线圈平面与罗盘指针相?平行，即线圈平面与地?磁子午面一致。然后在?线圈中通以直流电，亥?姆霍兹线圈产生的B’?必和地磁场的水平分量?相垂直，罗盘之中的?磁针就在B’、两磁?场所产生的磁力矩同时?作用下偏离地磁子午面?，与磁子午面成一定的?角度θ，如图5所示。?图5由图可知 ? ? ? （2）?亥姆霍兹线中点的磁场?为 ? （3）式中：N?为线圈的匝数，为线?圈的平均半径，I为流?经线圈的电流强度，?将（3式代入（2）式?得 ? （?4）即 ? ? （5）?式中。对于同一个?测量地点和给定的正切?电流计，均为不变值?，故K为一常量。 ? 由（5）式可知?，流过电流计的电流强?度与磁针偏转角θ的正?切成正比。因此这种电?流计称为正切电流计。?若能测得流过正切电流?计的电流I，与罗盘指?针的偏转角θ，即能测?得地磁的水平分量值?。2 实验用具? 亥姆霍兹线圈?、罗盘、直流稳压电源?（DF1730SC2?A）、直流电阻箱、直?流电流表、换向开关，?导线若干。1.3　?实验方法按图5接线?，将罗盘放置在亥姆赫?兹线中心位置,构成一?台正切电流计.图6调节?正切电流计底座的底脚?螺丝使水准器气泡调至?中间位置,即使罗盘位?于水平位置,这样线圈?平面就基本铅直了.?3.旋转整个正切电流?计装置使线圈平面与罗?盘磁针相平行,即使线?圈平面与地磁子午面一?致,并使磁针的N极指?向“0”刻度线,这样?线圈通电后由线圈产生?的磁场B’与地磁水平?分量相互垂直.4?.调节电阻箱的阻值,?改变通入正切电流计的?电流值,从罗盘上读得?磁针的偏转角.为了?消除罗盘磁针偏心误差?,需从罗盘上读得两个?读数,如图29-6?所示,通过换向开关使?电流换向,同样在罗盘?上