II. Методика работы. Предположение, что Земля является большим постоянным магнитом, впервые высказал придворный врач английской королевы У

Предположение, что Земля является большим постоянным магнитом, впервые высказал придворный врач английской королевы У. Гильберт (1544-1603). Земля имеет магнитное поле, по своей структуре напоминающее магнитное поле однородного магнитного шара (рис. 8.3).

Рис. 8.3.Условная схема образования магнитного поля Земли

В точке , расположенной в северном полушарии, линии вектора входят в поверхность Земли. Эту точку называют южным магнитным полюсом Земли. Соответствующую точку , находящуюся в южном полушарии, называют северным магнитным полюсом.

Направление не совпадает с осью вращения Земли, на которой находятся географические полюсы и . Угол, образованный магнитным и географическим меридианами, называют углом склонения. Он различен для разных точек Земли и несколько меняется во времени (за счет нутации (изменения положения) оси вращения Земли и миграции магнитных полюсов).

Из рис. 8.3 на примере точки, расположенной в северном полушарии видно, что вектор магнитного поля Земли образует с поверхностью Земли угол , называемый углом наклонения. Соответственно этому вектор индукции раскладывают на две составляющие: – перпендикулярную к поверхности Земли и – параллельную поверхности Земли. Это имеет важное прикладное значение, так как стрелка компаса вращается в горизонтальной плоскости и реагирует только на .

Плоская катушка тангенс-гальванометра, содержащая витков, создает поле кольцевого тока. На основе формулы (IV.10) и принципа суперпозиции (IV.4) легко вывести, что величина индукции создаваемого катушкой поля:

, (8.1)

где – магнитная постоянная (в системе СИ = 4π×10^–7 Гн/м); – сила тока; – общее число витков катушки; – радиус катушки.

Если теперь через обмотку катушки пропускать ток, то на стрелку компаса будут действовать два взаимно перпендикулярных магнитных поля: горизонтальная составляющая магнитного поля Земли и поле , созданное током. Поэтому стрелка повернется и, поколебавшись, установится, в соответствии с принципом суперпозиции, в направлении вектора индукции результирующего магнитного поля:

, (8.2)

составляющего угол α с магнитным меридианом (см. рис. 8.1). Из соотношения катетов видно, что

. (8.3)

Тогда, с учетом формулы (8.1), для определения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли с помощью тангенс-гальванометра получаем следующую расчетную формулу:

, (8.4)

или

, (8.5)

где для удобства расчетов постоянную установки

(8.6)

рассчитывают один раз и используют при расчете каждого В_0i.