Горизонтальная составляющая магнитного поля: метод Гримзеля и геомагнитные аномалии

Горизонтальная составляющая напряжённости. Для определения горизонтальной составляющей напряжённости в средней школе применяются упрощённые приёмы, предложенные Гримзелем. Эти способы изложены вместе с остальными магнитными измерениями в § 4.

В пределах Европейской части России горизонтальная составляющая напряжённости изменяется от 0,25 до 0,125 эрстеда, уменьшаясь от юга к северу; в Москве она около 0,18 эрстеда.

Метод Гримзеля в школьных экспериментах.Для измерения H_гориз​ в школах применяют тангенс-гальванометр. Принцип работы основан на уравновешивании земного магнитного поля полем катушки с током. Угол отклонения стрелки (α) связан с током (I) и параметрами катушки:

где n — число витков, R — радиус катушки, μ₀​ — магнитная постоянная. Этот метод демонстрирует связь электричества и магнетизма, описанную законом Био-Савара.

Геомагнитные аномалии и региональные вариации.Уменьшение H_гориз​ от юга к северу в Европейской части России (0.25 Э → 0.125 Э) объясняется приближением к магнитному полюсу, где доминирует H_верт​. Для перевода в СИ:
- 1 эрстед (Э) ≈ 79.577 А/м → в Москве �гориз≈14.32 А/мHгориз​≈14.32А/м.

Курская магнитная аномалия (Россия) — пример зоны с аномально высокой напряжённостью (до 2Э) из-за залежей железной руды.

Магнитные карты. Принадлежности: стенные карты или диапозитивы. Чтобы ясно представить полную картину магнитного поля Земли, надо иметь или стенные таблицы, или, что проще и значительно дешевле, диапозитивы, изображающие силовые и другие линии магнитного поля Земли. К таким изображениям относятся:

1) Расположение силовых линий вокруг земного шара; на этой карте ясно видны направление полной напряжённости в разных местах Земли и соответствующие углы наклонения.

2) Карта изогон, т. е. линий равного магнитного склонения. При рассмотрении карты изогон надо обратить внимание на расположение нулевого магнитного меридиана, отделяющего область с восточным склонением от области с западным, на четыре точки схождения всех изогон, именно два географических и два магнитных полюса, и на причины такого расположения изогон.

3) Карта изоклин, т. е. линий равного наклонения. На этой карте надо обратить внимание на положение магнитного экватора (т. е. линии нулевого наклонения), где магнитная стрелка располагается горизонтально; на магнитных полюсах стрелка устанавливается отвесно.

Современные методы картографирования
1. Спутниковые миссии (например, Swarm ESA) создают трёхмерные модели геомагнитного поля, отслеживая динамику полюсов и аномалий.

2. Изогоны (линии равного склонения) сходятся у магнитных полюсов, которые смещаются со скоростью до 55 км/год (Северный полюс движется к Сибири).

3. Изоклины на картах показывают, как угол наклонения увеличивается от 0° на магнитном экваторе до 90° на полюсах.

Применение в навигации и технике
- Магнитные компасы используют H_гориз​ для ориентации. Поправка на склонение необходима для точной навигации.
- Геологоразведка: аномалии H_гориз​ помогают обнаруживать месторождения полезных ископаемых.
- Магнитореологические жидкости управляются внешним полем, аналогично тому, как плавающие магниты реагируют на поднесённый полосовой магнит (см. предыдущий эксперимент).

Сведения об авторе и источнике:

Автор: Д. Д. Галанин, Е. Н. Горячкин, С. Н. Жарков, А. В. Павша, Д. И. Сахаров

Источник: Физический эксперимент в школе, том IV «Электричество»