地磁場水平分量的測量

地磁場水平分量的測量【摘要】:地磁場水平分量(horizontalcomponentofgeomagneticfiel)：地磁場的總磁場強(qiáng)度矢量T在參考坐標(biāo)系的XOY水平面上的投影，稱為地磁場水平分量，通常用符號H表示。水平分量的數(shù)值在赤道附近最大，約為0.03?0.04mT，由赤道向兩極數(shù)值逐漸減小，兩極為零。地球上除高緯度地區(qū)以外，大部分地區(qū)地磁場水平分量是大致指北的，這個方向稱為磁北。中國由南到北，水平分量逐漸減小，約從0.04到0.02mT?！娟P(guān)鍵詞】：地磁場水平分量、亥姆霍茲線圈、正切電流【引言】：地磁場包括基本磁場和變化磁場兩個部分?；敬艌鍪堑卮艌龅闹饕糠?，起源于地球內(nèi)部，比較穩(wěn)定，屬于靜磁場部分。變化磁場包括地磁場的各種短期變化，主要起源于地球內(nèi)部，相對比較微弱。地球變化磁場可分為平靜變化和干擾變化兩大類型。行軍、航海利用地磁場對指南針的作用來定向。人們還可以根據(jù)地磁場在地面上分布的特征尋找礦藏。地磁場的變化能影響無線電波的傳播。當(dāng)?shù)卮艌鍪艿教柡谧踊顒佣l(fā)生強(qiáng)烈擾動時，遠(yuǎn)距離通訊將受到嚴(yán)重影響，甚至中斷。假如沒有地磁場，從太陽發(fā)出的強(qiáng)大的帶電粒子流(通常叫太陽風(fēng))，就不會受到地磁場的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)而直射地球。在這種高能粒子的轟擊下，地球的大氣成份可能不是現(xiàn)在的樣子，生命將無法存在。所以地磁場這頂“保護(hù)傘”對我們來說至關(guān)重要。地磁場強(qiáng)度大約是0.5-0.6高斯，也就是5-6*E-5特斯拉(50-60〃T)?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?學(xué)習(xí)測量地磁場水平分量的方法了解正切電流計(jì)的原理學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)誤差的方法【實(shí)驗(yàn)原理】：亥姆霍茲線圈(Helmholtzcoil)是一種制造小范圍區(qū)域均勻磁場的器件。由于亥姆霍茲線圈具有開敞性質(zhì)，很容易地可以將其它儀器置入或移出，也可以直接做視覺觀察，所以，是物理實(shí)驗(yàn)常使用的器件。因德國物理學(xué)者赫爾曼?馮?亥姆霍茲而命名。

亥姆霍茲線圈是由一對完全相同的圓形導(dǎo)體線圈組成。米用直角坐標(biāo)系，這兩個半徑為的圓形線圈的中心軸都與2-軸同軸。兩個圓形線圈的Z-坐標(biāo)分別為O與每一個導(dǎo)體線圈載有同向電流。設(shè)定可以使得在兩個線圈中心位置0（即原點(diǎn)）的磁場，其不均勻程度極小化。這動作促使，也意味著領(lǐng)先的非零微分項(xiàng)目是，稍后會對這論點(diǎn)做更詳細(xì)解釋。但是，這樣做仍舊會在線圈平面跟Z-軸相交處與0點(diǎn)之間遺留大約7%磁場數(shù)值的差別。在某些應(yīng)用中，亥姆霍茲線圈可以用來抵消地磁場，制造出接近零磁場的區(qū)域。關(guān)于在空間任意位置的精確磁場計(jì)算，需要應(yīng)用到貝索函數(shù)或橢圓函數(shù)與其相關(guān)技巧。沿著線圈的中心軸（z-軸），涉及到的計(jì)算比較簡單，可以應(yīng)用泰勒展開，將磁場展開為的幕級數(shù)。采用直角坐標(biāo)系，以亥姆霍茲線圈的中心位置為z-軸的原點(diǎn)0。由于對于xy-平面的對稱性，奇數(shù)幕項(xiàng)目必等于零。經(jīng)過調(diào)整兩個線圈之間的距離，可以使得0點(diǎn)成為拐點(diǎn)，則可以保證級項(xiàng)目為零，因此領(lǐng)先不均勻項(xiàng)目是級項(xiàng)目。在中心位置0點(diǎn)，磁場為：頃窖 （1）其中，仲;,=4nX10"-7H/m是磁常數(shù)。將指南針放置在亥姆霍茲線圈的兩線圈中心位置，并調(diào)整指南針位置使指南針方向與兩線圈連線方向垂直，給線圈通同向電流，指南針指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，記錄偏轉(zhuǎn)角度Aa。因?yàn)閮纱艌龇较蚴钦坏?，偏轉(zhuǎn)后的指針方向即兩個磁場方向的矢量和地磁場水平分量B2矢量和地磁場水平分量B2所加磁場B1所以 B2=B1/tana （2）B1由（1）式算出?！緦?shí)驗(yàn)儀器】：亥姆霍茲線圈、指南針、電流表、滑動變阻器、直流穩(wěn)壓電源、導(dǎo)線若干【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】：連接電路，調(diào)整好指南針位置，接通電源，記錄指針初始位置；調(diào)整滑動變阻器，指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，記錄偏轉(zhuǎn)角度△a，電流表示數(shù)I，并由(1)(2)式計(jì)算地磁場水平分量B2,其中R=10cm，是磁常數(shù)，n=700匝。重復(fù)測量幾次，計(jì)算B2平均值?！緮?shù)據(jù)處理】:序號項(xiàng)目 ?J123456偏轉(zhuǎn)角度^a/度64.032.473.966.570.460.5電流I/mA11.443.6619.4612.9415.629.62所加磁場B1/mT0.0720.0230.1220.0810.0980.061地磁場水平分量B2/mT0.03510.03620.03520.03520.03490.0345平均值/mT0.0352【結(jié)論】：本地區(qū)地磁場水平分量約為0.0352m