地磁场水平分量的测量_百度文库

1、83实验二十九 地磁场水平分量的测量1、教学目标(1学习测量地磁场水平分量的方法; (2了解正切电流计的原理; (3学习分析系统误差的方法2、教学难点、重点难点:地磁场的相关概念; 正切电流计的原理。 重点:测量方法和测量公式。 3、实验室提供的仪器和用具亥姆霍兹线圈 (N=640匝, R=10cm , 地质罗盘 (DL-I 型 , 直流稳压电源 (DF173系列 , 电阻箱 (ZX21型 ,直流电流表(0.5级, 10Ma ,换向开关,水准器。4、实验原理4.1 地磁场与地磁要素地球是一个大磁体,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 一个偶极场。地心偶极子轴线

2、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 m m S N 与地球的旋转轴 NS 斜交一个角度 o 5. 11, 00。 所以地磁极与地理极相近但不 相同, 地球磁场的强度和方向随 地点、时间而发生变化。地球表面任何一点的地磁 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 /B 称为水平分量,水平分

3、量所指的方向就是磁针北极所指的方向, 即磁子午线的方向; 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 /B 在 x 、 y 轴上的投影,分别称为北向 分量 x B 和东向分量 y B ; B 在 Z 轴上的投影 z B 称为垂直分量。 故某一地点O 的地磁要素有:地磁场总磁感应强度 B ,磁倾角 I ,磁偏 角 D ,水平分量 /B ,垂直分量 z

4、 B ,北向分量 x B ,东向分 量 y B 。不难看出,它们是 B 在各个坐标体系中的坐标值,比如 z y x B B B , , 就是图 1图 284B 在直角坐标系中的坐标值,而 , , /B B z D 和 D 、 /B 、 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:zyxz y x BBBBBBtgI B B D B B D B B 2/2222/2/, ,sin , cos +=+=I B I B B z csc sec /=; xy B B tgD =(1如果知道其中独立的三个,其它四个就可以计算出来。

5、确定某一点的地磁场通常用磁偏角,磁倾角和水平分量 /B 三个独立要素。4.2 利用正切电流计算原理,测定地磁场的水平分量 /B 我们利用 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 。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,又可做 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 3示。 在

6、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 /B 相垂直,罗盘之中的磁针就在 B 、 /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 , 如图 4所示。 由图可知tg B B =/' (2亥姆霍兹线中点的磁场为 2358' =RNIB (3式中:N 为线圈的匝数, R 为线圈的平均半径, I 为流经线圈的电流强度, 27/104A N -=将 (29-2式代入(1式得 tg R NI B =2/3/58 (4即 Ktg tg N B R I =85/2/3 (5式中 NB R K 85/2/3=。对于同一个测量地点和给定的正切电流计, N R B 和 , /均为不变值,故 K 为一常量。 图 3图 485由(5式可知,流过电流计的电流强度与磁针偏转角 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 ,即能测得地磁的水平分量 /B 值。5、 实验内容:利用自制的正切电流计测量地磁场的水平分量。 6、实验电路和测