통신부

러시아 연방

모스크바 주립대학교

통신 경로(MIIT)

부서 "물리학-2"

승인됨

편집 및 출판

대학 협의회

지침

실험실 작업을 위해

물리학에서

작품 번호 20, 22, 90

교수가 편집했습니다. V.A Nikitenko 및 Assoc. AP 프룬체바

모스크바–2003

물리학 실험실 작업에 대한 지침. 작품 번호 20, 22, 90 / Ed. 교수 Nikitenko V.A. (No. 22.90), 부교수 Pruntsev A.P. (No. 20) - M.: MIIT, 2003. - 25 p.

물리학 실험실 작업에 대한 지침은 물리학-2학과에서 제공하는 MIIT의 모든 기관 및 교수진의 학생들을 대상으로 하며 물리학 프로그램 및 커리큘럼("전기역학" 섹션)에 해당합니다.

방법 론적 지침은 교사 인 Gosudareva N.A.가 편집했습니다. (작품 번호 20), 부교수. Pruntsev A.P. (작업 번호 22, 90).

실험실 작업 번호 20에 대한 지침을 작성할 때 RGOTUPS의 해당 실험실 작업에 대한 설명이 사용되었습니다.

 모스크바 국립 철도대학교

메시지(MIIT), 2003

작업 20 지구 자기장 강도 벡터의 수평 성분 결정

작업의 목표:원형 전류의 자기장 연구. 지구 자기 교리의 기본을 숙지합니다.

장치 및 액세서리: 1. DC 소스. 2.가변저항기. 3. 전류계.4. 스위치.5. 탄젠트 검류계.

지구 자기의 요소

지구 전체는 거대한 자석입니다. 지구를 둘러싼 공간에는 자기장이 있으며 그 힘선은 그림 1에 나와 있습니다. 북극 자극은 남극에 위치하고 남극은 북극에 위치합니다. . 지구의 자기장은 적도에서 수평으로, 자극에서 수직으로 향합니다. 지구 표면의 다른 지점에서는 지구 자기장이 특정 각도로 향합니다.

지구상 어느 지점에서나 자기장의 존재는 자침을 사용하여 확인할 수 있습니다. 자침을 걸면 NS스레드에 엘(그림 2) 서스펜션 지점이 무게 중심과 일치하도록 화살표는 지구 자기장의 힘선에 접하는 방향으로 설정됩니다.

자기 자오선 평면

지구의 중심으로

북반구에서는 남쪽 끝이 지구를 향하고 화살표 축이 수평선과 경사각을 이룹니다. (자기 적도에서의 기울기 , 0과 같습니다). 화살표 축이 위치한 수직 평면을 자기 자오선 평면이라고 합니다. 자오선의 모든 평면은 직선으로 교차합니다. NS, 지구 표면의 자오선 흔적은 자극에 위치합니다. N그리고 에스. 자극은 지리적 극과 일치하지 않기 때문에 바늘의 축은 지리적 자오선에서 벗어납니다. 자침의 축(자오선)을 통과하는 수직면과 지리적 자오선이 이루는 각도를 자기 편각이라고 합니다. (그림 2). 벡터 지구 자기장의 총 강도는 두 가지 구성 요소로 분해될 수 있습니다. 그리고 수직 .편각 및 경사각 값과 수평 구성 요소 벡터 특정 지점에서 지구 자기장의 전체 강도의 크기와 방향을 결정하는 것이 가능해집니다. 자침이 수직 축을 중심으로만 자유롭게 회전할 수 있다면 자오선 평면에서 지구 자기장의 수평 성분의 영향을 받아 위치하게 됩니다. 수평성분 , 자기 편각 그리고 기분 지구 자기의 요소라고 불립니다.

구별하다 동부그리고 서부 사람적위(화살표의 북극이 지리적 자오선의 오른쪽 또는 왼쪽으로 벗어남).

성향이 있다 북부 사투리그리고 남부 지방 사투리(화살표의 북쪽 또는 남쪽 끝은 수평면 위 또는 아래에 위치합니다.) 이 두 각도는 주어진 지점의 자기 좌표입니다. 예를 들어 모스크바의 경우 = 8°(동적위), =70°(북쪽 경사).

한 지점에서 다른 지점으로 이동할 때 지구 자기의 요소는 원활하게 변경됩니다. 이 부드러운 변화에 교란이 관찰되면 해당 지역에 자기 이상이 관찰된다고 말합니다. 이상 현상은 쿠르스크 자기 이상 현상과 같은 대규모 자성 광석 퇴적물과 관련이 있습니다.

지구 자기장의 강도는 상대적으로 낮지만, 지구 자기장의 존재는 여러 지리적 현상과 기타 현상에서 크게 나타납니다. 그러한 현상에는 오로라와 우주 공간의 하전 입자가 지구의 복사대라고 불리는 독특한 함정으로 포획되는 현상이 포함됩니다.

일부 생물물리학적 실험에서는 계절에 따라 장거리 비행을 하는 동안 새의 공간적 방향이 자기장선의 방향을 감지하는 능력과 연관되어 있음을 시사합니다.

자기 나침반의 작동 원리는 자기 바늘이 위치한 자기장 강도의 벡터 방향으로 설정되는 자기 바늘의 특성에 기초합니다.

지구와 지구 근처 공간은 자기장으로 둘러싸여 있으며, 그 힘의 선은 남극에서 나타나 지구를 돌며 북극에서 수렴합니다. 지구의 자극은 지리적인 것과 일치하지 않습니다. 1970년에 그 위치는 대략 다음 좌표에 의해 결정되었습니다. 북쪽 - ø = = 75°N, λ = 99°W; 남부 - ø = 66.5°S; λ = 140°E. 일반적으로 양의 자기는 남극에 집중되고 음의 자기는 북극에 집중되는 것으로 알려져 있습니다.

지구 자기장의 특징은 장력 벡터입니다. 티(지자기의 총 강도), 이는 자력선에 접선 방향으로 향합니다 (그림 9). 일반적인 경우, 이 벡터는 실제 지평선 평면과 특정 각도 I를 이루며 실제 자오선 평면에는 위치하지 않습니다.

쌀. 9. 지구 자기의 요소

주어진 지점에서 지구 자기장 강도의 벡터를 통과하는 수직면을 호출합니다. 자기 자오선의 평면.자유롭게 매달린 자침의 축이 이 평면에 설치됩니다. 자기 자오선 평면과 실제 지평선 평면의 교차점에서 나온 추적을 호출합니다. 자기 자오선.

진자오선(정오선 N-S)과 자기 자오선 사이의 실제 지평선 평면의 각도를 호출합니다. 자기 편각(d).적위는 진 자오선의 북쪽 부분에서 E 또는 W까지 0°에서 180°까지 측정됩니다. 동쪽(E) 적위에는 (+) 기호가 할당되고 서쪽(W) 적위에는 (-) 기호가 할당됩니다.

실제 지평선의 평면과 지구 자기의 총 강도 벡터 사이의 각도를 호출합니다. 자기 성향(/). 자극에서 기울기는 최대이고 90°와 같으며 극에서 멀어질수록 0으로 감소합니다. 자기 기울기가 0이 되는 점들로 이루어진 지구 표면의 곡선을 이라고 합니다. 자기 적도.

지구 자기장의 세기 벡터는 수평으로 분해될 수 있다. (시간)및 수직(Z) 구성요소(그림 9 참조). 수량 티, 엔,지그리고 나관계로 연결된

수평성분 H자기 자오선을 따라 지시되며 자기 나침반의 민감한 요소(화살표, 카드)를 그 안에 보유합니다. (12)에서 알 수 있듯이 최대값은 N에 수락 나 - 0, 즉 자기 적도에서는 0이 되고 자극에서는 0이 됩니다. 따라서 극 근처 지역에서는 자기 나침반 판독값을 신뢰할 수 없으며 자극에서는 나침반이 전혀 작동하지 않습니다.

수량 디, 나, H, Z호출된다 지구 자기의 요소.모든 요소 중에서 자기 편각은 항해에 가장 중요합니다. 지구 표면의 자기 분포는 지구 자기 요소에 대한 특수 지도에 표시됩니다. 지도의 곡선은 하나 또는 다른 요소의 동일한 값을 가진 점을 연결합니다. 적위값이 같은 점을 연결한 선을 선이라고 합니다. 동일성.영편위 등고선 - 고뇌동쪽 편위와 서쪽 편각으로 지역을 구분합니다. 자기 편각의 크기는 해양 항해 차트에도 나와 있습니다.

지구 자기의 모든 요소는 시간이 지남에 따라 변화할 수 있습니다. 적위의 변형세속적인 것, 일상적인 것, 비주기적인 것을 구별하십시오.

경년 변화연평균 적위의 해마다의 변화입니다. 연간 적위 변화(연간 증가 또는 감소)는 15인치를 초과하지 않으며 해도에 표시됩니다. 일일 수당또는 태양의 일주 변화적위는 태양일과 동일한 기간을 가지며 크기가 중요하지 않으며 항해에서 고려되지 않습니다. 비주기적인 변화또는 자기 카트고통특정 기간 없이 발생합니다.

몇 시간 내에 지구 자기의 모든 요소가 급격하게 변하는 매우 강한 자기 교란을 말합니다. 자기 폭풍.자기 폭풍의 발생은 태양 활동과 관련이 있으며 지구 표면 전체에서 관찰됩니다. 자기 폭풍이 발생하는 동안 나침반 판독값은 신뢰할 수 없습니다. 적위는 수십도까지 바뀔 수 있습니다.

지구 표면의 일부 지역에서는 적위를 포함한 자기 요소의 값이 주변 지역의 값과 크게 다릅니다. 이러한 변화는 표면 아래에 자성 암석이 축적되는 것과 관련이 있으며 이를 '자성 암석'이라고 합니다. 자기 이상.자기이상 영역과 편각의 한계 변화

쌀. 10. 자기 방향

해양 항해 차트 및 항해 방향에 표시됩니다. 이상 현상의 예로는 오네가 호수의 포베네츠 만(Povenets Bay)과 라도가 호수 남부 지역의 자기 이상 현상이 있습니다. 이상 영역에서 자기 나침반 판독값을 사용하는 것은 어렵고 때로는 위험할 수도 있습니다.

실제로 사용하려면 지도의 적위 데이터를 항해 연도에 맞게 조정해야 합니다. 이를 위해 연간 적위 변화에 적위가 지정된 연도로부터 경과된 연수를 곱합니다. 결과 수정은 지도에서 가져온 편각을 수정합니다. "연간 감소" 또는 "연간 증가"라는 용어는 적위의 절대값을 의미한다는 점을 고려해야 합니다.

지도에 적위가 표시된 지점 사이에서 내비게이션이 발생하는 경우 적위는 눈으로 보간되어 내비게이션 영역을 적위가 일정하다고 가정되는 섹션으로 나눕니다.

자기 자오선을 기준으로 결정된 바다의 방향을 자기라고 합니다(그림 10).

마그네틱 코스(MK) - 자기 자오선의 북쪽 부분과 선박의 이동 방향에 대한 중앙 평면 사이의 실제 수평선 평면의 각도입니다.

자기 베어링(MP) - 자기 자오선의 북쪽 부분과 관찰 지점에서 물체까지의 방향 사이의 실제 수평선 평면의 각도입니다.

자기베어링과 180° 다른 방향을 방향이라고 합니다. 역방향 자기 베어링(대량살상무기). 자기 코스와 베어링은 0에서 360°까지 원형 방식으로 계산됩니다.

편각 값을 알면 자기 방향에서 실제 방향으로 이동할 수 있습니다. 그림에서. 10에서는 실제 방향과 자기 방향이 종속성에 의해 관련되어 있음을 알 수 있습니다.

(13)
(14)

공식 (13), (14)는 대수적입니다. 디양수 또는 음수일 수 있습니다.

지구 자기의 요소

지구 전체는 거대한 구형 자석입니다. 지구와 그 표면을 둘러싼 공간의 어느 지점에서나 자기력선의 작용이 감지됩니다. 즉, 지구를 둘러싼 공간에 자기장이 생성되며 그 힘선이 그림 19.1에 나와 있습니다. 북극 자극은 지리학적 남극에 위치하고 남극은 북쪽에 위치합니다. 지구의 자기장은 적도에서 수평으로, 자극에서 수직으로 향합니다. 지구 표면의 다른 지점에서는 지구 자기장이 특정 각도로 향합니다.

지구상 어느 지점에서나 자기장의 존재는 자침을 사용하여 확인할 수 있습니다. 자침을 걸면 NS스레드에 엘(그림 19.2) 서스펜션 지점이 화살표의 무게 중심과 일치하도록 화살표는 지구 자기장의 힘선에 접하는 방향으로 설치됩니다. 북반구에서는 남쪽 끝이 지구를 향해 기울어지고 화살표 축이 수평선과 경사각을 이룹니다. 큐(자기 적도에서는 기울기가 0입니다.) 화살표 축이 위치한 수직 평면을 자기 자오선 평면이라고 합니다. 자오선의 모든 평면은 직선으로 교차합니다. NS, 지구 표면의 자오선의 흔적은 자극에 수렴됩니다. N그리고 에스.자극은 지리적 극과 일치하지 않으므로 바늘의 축은 지리적 자오선에서 벗어납니다.

자침의 축(자오선)을 통과하는 수직면과 지리적 자오선이 이루는 각도를 자기 편각이라고 합니다. ㅏ(그림 19.2). 지구 자기장의 총 강도 벡터는 수평과 수직의 두 가지 구성 요소로 분해될 수 있습니다(그림 19.3). 적위각과 경사각, 수평 성분을 알면 특정 지점에서 지구 자기장의 전체 강도의 크기와 방향을 결정할 수 있습니다. 자침이 수직 축을 중심으로만 자유롭게 회전할 수 있다면 자오선 평면에서 지구 자기장의 수평 성분의 영향을 받아 위치하게 됩니다. 수평 성분, 자기 편각 ㅏ그리고 기분 큐지구 자기의 요소라고 불린다.

원형 전류의 자기장

이론에 따르면 중심의 자기장의 세기는 에 대한, 길이 요소에 의해 생성됨 DL반경이 있는 원형 회전 아르 자형, 전류가 흐르는 곳 나, Biot-Savart-Laplace 법칙에 의해 결정될 수 있습니다.

이 법칙의 벡터 표현은 다음과 같은 형식을 갖습니다.

이 표현식에서: 아르 자형– 도체 요소에서 가져온 반경 벡터 모듈 DL문제의 현장 지점으로; 1/4 피- SI 단위계로 공식을 작성하기 위한 비례 계수입니다.

고려중인 예에서 반경 벡터는 현재 요소에 수직이며 그 절대 값은 회전 반경과 동일하므로

자기장 강도 벡터는 벡터와 위치가 있는 도면 평면에 수직으로 향하고 김렛 규칙에 따라 방향이 지정됩니다.

| 실험 설정의 설계. 이 작업은 여러 번 감은 와이어로 구성된 접선 검류계라는 장치를 사용합니다.

지구 자기(지자기), 지구 자기장 및 지구 근처 공간; 지구 자기장과 관련 현상(암석의 자기성, 지구 전류, 오로라, 전리층 전류 및 지구의 자기권)을 연구하는 지구물리학의 한 분야입니다.

지구 자기장 연구의 역사. 자기의 존재는 고대부터 알려져 왔습니다. 최초의 나침반은 중국에서 등장한 것으로 추정됩니다(출현 날짜는 논쟁의 여지가 있음). 15세기 말, H. 콜럼버스의 항해 중에 지구 표면의 지점마다 자기 편각이 다르다는 사실이 밝혀졌습니다. 이 발견은 지구 자기 과학 발전의 시작을 알렸습니다. 1581년 영국 연구자 R. Norman은 지구 표면 아래에 근원이 있는 힘에 의해 나침반 바늘이 특정 방식으로 회전한다고 제안했습니다. 다음 중요한 단계는 지구 자기의 원인에 대한 아이디어를 제공하는 W. Gilbert의 저서 "자석, 자성체 및 거대 자석 - 지구"의 1600 년 등장이었습니다. 1785년 C. Coulomb이 제안한 토크 방법을 기반으로 자기장 강도를 측정하는 방법이 개발되기 시작했습니다. 1839년에 K. Gauss는 행성 자기장 벡터의 수평 성분을 측정하는 방법을 이론적으로 입증했습니다. 20세기 초에 지구 자기장과 그 구조 사이의 연관성이 밝혀졌습니다.

관찰 결과, 지구의 자화는 어느 정도 균일하고 지구의 자기축은 회전축에 가깝다는 것이 밝혀졌습니다. 상대적으로 많은 양의 실험 데이터와 수많은 이론적 연구에도 불구하고 지구 자기의 기원에 대한 문제는 완전히 해결되지 않았습니다. 21세기 초에 관찰된 지구 자기장의 특성은 수자기 발전기의 물리적 메커니즘(자기 유체역학 참조)과 연관되기 시작했으며, 이에 따르면 행성 간 공간에서 지구 핵으로 침투한 초기 자기장이 행성의 액체 핵에서 물질의 이동으로 인해 강화되거나 약화될 수 있습니다. 필드를 향상하려면 그러한 움직임의 특정 비대칭이 존재하면 충분합니다. 증폭 과정은 전류 강도의 증가로 인한 매체 가열 손실의 증가가 유체 역학적 움직임으로 인해 도착하는 에너지 유입의 균형을 이룰 때까지 계속됩니다. 자가 여자 발전기에서 전류와 자기장을 생성할 때 유사한 효과가 관찰됩니다.

지구 자기장의 세기.모든 자기장의 특성은 강도 H의 벡터입니다. 이 값은 매체에 의존하지 않고 진공에서의 자기 유도와 수치적으로 동일합니다. 지구 자체의 자기장(지자기장)은 다양한 소스에 의해 생성된 자기장의 합입니다. 행성 표면의 자기장 H T는 다음과 같이 구성되어 있다는 것이 일반적으로 받아들여지고 있습니다: 지구의 균일한 자화에 의해 생성된 자기장(쌍극자 장, H 0); 지구의 깊은 층의 이질성과 관련된 분야(전역 변칙 분야, H a); 지각 상부의 자화로 인한 자기장(Hc); 외부 원인으로 인한 자기장(Н В); 변이장(δН), 지구 외부에 위치한 소스와도 연결됨: Н Т = Н о + Н к + Н а + Н в + δН. H 0 + H k 필드의 합은 지구의 주요 자기장을 형성합니다. 행성 표면에서 관찰되는 자기장에 대한 기여도는 95% 이상입니다. H a 변칙장(H t 에 대한 H a 기여도는 약 4%)은 넓은 지역에 퍼지는 지역적 성격의 장(지역적 이상)과 국부적 성격의 장(국소적 이상)으로 구분된다. H 0 + H k + N a 필드의 합을 종종 일반 필드(H n)라고 합니다. H in 은 Ho 및 H k (H t 의 약 1%)에 비해 작기 때문에 정상 자기장은 실질적으로 주 자기장과 일치합니다. 실제로 관찰된 자기장(변동 자기장 δH 제외)은 정상 자기장과 변칙 자기장의 합입니다. N t = N n + H a. 지구 표면의 필드를 이 두 부분으로 나누는 문제는 불확실합니다. 분할은 무한한 방법으로 수행될 수 있기 때문입니다. 이 문제를 명확하게 해결하려면 지구 자기장의 각 구성 요소에 대한 정보가 필요합니다. 21세기 초에는 변칙 자기장의 근원이 지구 반경에 비해 작은 깊이에 위치한 자화된 암석이라는 것이 입증되었습니다. 주 자기장의 근원은 지구 반경의 절반 이상의 깊이에 위치합니다. 수많은 실험 데이터를 통해 지구 자기장의 구조에 대한 공식적인 연구를 기반으로 지구 자기장의 수학적 모델을 구축할 수 있습니다.

지구 자기의 요소.벡터 Ht를 해당 구성 요소로 분해하기 위해 일반적으로 현장 측정 지점 O(그림)를 원점으로 하는 직교 좌표계가 사용됩니다. 이 시스템에서 Ox 축은 지리적 자오선 방향을 북쪽으로 향하고 Oy 축은 동쪽과 평행한 방향을 향하며 Oz 축은 위에서 아래로 자오선의 중심을 향합니다. 지구. Ox 축에 대한 HT의 투영은 필드의 북쪽 구성요소라고 하고, Oy 축에 대한 투영은 동쪽 구성요소이며, Oz 축에 대한 투영은 수직 구성요소라고 합니다. 이들은 각각 X, Y, Z로 표시됩니다. xy 평면에 대한 H t의 투영은 H로 표시되며 필드의 수평 구성 요소라고 합니다. 벡터 H t와 Oz 축을 통과하는 수직 평면을 자오선 평면이라고하며 지리 자오선과 자오선 사이의 각도를 자기 편위라고하며 D로 표시합니다. 벡터 H가 방향에서 벗어나면 황소 축이 동쪽이면 적위는 양(동쪽 적위)이 되고, 서쪽이면 음(서쪽 적위)이 됩니다. 자오선 평면에서 벡터 Н와 Нт 사이의 각도를 자기 경사라고 하며 I로 표시합니다. 경사 I는 벡터 Нт가 지구 표면에서 아래쪽을 향할 때 양수입니다. 이는 북쪽 지역의 경우입니다. 지구의 반구, Нт가 위쪽을 향할 때 음수, 즉 남반구에서. 적위, 경사, 수평, 수직, 북쪽, 동쪽 구성 요소를 지구 자기 요소라고 하며 다양한 좌표계(직사각형, 원통형 및 구형)에서 벡터 Ht 끝의 좌표로 간주할 수 있습니다.

지구 자기의 어떤 요소도 시간이 지나도 일정하게 유지되지 않습니다. 그 크기는 시간마다, 해마다 다릅니다. 이러한 변화를 지구 자기 요소의 변화라고 합니다(자기 변화 참조). 짧은 기간(약 하루) 동안 발생하는 변화는 주기적입니다. 주기, 진폭 및 위상은 매우 다양합니다. 요소의 연간 평균 가치 변화는 단조롭습니다. 그들의 주기성은 매우 긴 관찰 기간(수십년에서 수백년 정도) 후에야 드러납니다. 자기 유도의 느린 변화를 영년 변화라고 합니다. 그 가치는 약 10 -8 T/년이다. 요소의 시간에 따른 변화는 지구 내부에 있는 자기장 소스와 연관되어 있으며 지구 자기장 자체와 동일한 이유로 인해 발생합니다. 주기적인 성질의 일시적인 변화는 지구 근처 환경(전리층, 자기권 참조)의 전류에 의해 발생하며 진폭이 크게 다릅니다.

지구 자기장에 대한 현대 연구. 21세기 초에는 지구 자기를 일으키는 원인을 다음과 같이 규명하는 것이 관례였습니다. 주 자기장의 근원과 그 장기 변화는 행성의 중심부에 있습니다. 변칙적인 자기장은 지구의 자기적으로 활동적인 껍질이라고 불리는 얇은 상부 층의 여러 소스의 조합에 의해 발생합니다. 외부 필드는 지구 근처 공간의 소스와 연결됩니다. 외부 기원 장은 자기적일 뿐만 아니라 전기적이기 때문에 지구의 교번 전자기장이라고 합니다. 주요 필드와 변칙 필드는 종종 "일정한 지자기장"이라는 일반적인 용어로 결합됩니다.

지자기장을 연구하는 주요 방법은 자기장의 공간적 분포와 지구 표면 및 지구 근처 공간에서의 변화를 직접 관찰하는 것입니다. 관측은 우주의 다양한 지점에서 지구 자기 요소를 측정하는 것으로 귀결되며 자기 조사라고 합니다. 촬영 장소에 따라 지상, 해상(수자기), 공중(항공자기), 위성으로 구분된다. 조사 대상 지역의 규모에 따라 글로벌 조사, 지역 조사, 지역 조사로 구분됩니다. 측정되는 요소에 따라 측량은 모듈식(필드 벡터의 계수를 측정하는 T 측량)과 구성 요소(이 벡터의 하나 또는 여러 구성 요소만 측정)로 나뉩니다.

지구 자기장은 태양 플라즈마의 흐름, 즉 태양풍의 영향을 받습니다. 태양풍과 지구 자기장의 상호 작용의 결과로 지구 근처 자기장의 외부 경계(자기계면)가 형성되어 지구의 자기권을 제한합니다. 자기권의 모양은 태양풍의 영향으로 끊임없이 변화하고 있으며, 그 에너지의 일부는 태양풍에 침투하여 지구 근처 공간에 존재하는 현재 시스템으로 전달됩니다. 이러한 현재 시스템의 작용으로 인해 시간이 지남에 따라 지구 자기장의 변화가 발생하는 것을 지자기 변화라고 하며 지속 시간과 위치가 다릅니다. 시간적 변화에는 다양한 유형이 있으며 각각 고유한 형태를 가지고 있습니다. 태양풍의 영향으로 지구 자기장은 왜곡되어 달 궤도를 넘어 수십만 킬로미터에 걸쳐 태양 방향으로 "흔적"을 얻습니다.

지구의 쌍극자 자기 모멘트는 약 8·10 22 A·m 2 이며 지속적으로 감소하고 있습니다. 행성 표면의 지자기장의 평균 유도는 약 5·10 -5 T입니다. 지구의 주 자기장(중심에서 지구 반경 3배 미만 거리)은 등가 자기 쌍극자의 장과 모양이 비슷하며, 그 중심은 지구 중심에 대해 약 500만큼 이동됩니다. 북위 18°, 동경 147.8° 좌표의 지점 방향으로 km 이 쌍극자의 축은 지구의 자전축에 대해 11.5° 기울어져 있습니다. 지자기극은 해당 지리적 극과 동일한 각도로 분리되어 있습니다. 또한 남반구의 지자기극은 북반구에 위치합니다.

지구 자기 요소의 변화에 ​​대한 대규모 관찰은 글로벌 네트워크를 형성하는 자기 관측소에서 수행됩니다. 지자기장의 변화는 특수 장비로 기록되며, 측정 데이터는 처리되어 전 세계 데이터 수집 센터로 전송됩니다. 지자기 요소의 공간 분포 그림을 시각적으로 표현하기 위해 등고선 맵, 즉 지자기 요소 중 하나 또는 다른 요소의 동일한 값을 가진 지도의 점을 연결하는 곡선이 구성됩니다(지도 참조). 동일한 자기 편각의 점을 연결하는 곡선을 등각선이라고 하고, 동일한 자기 경사의 곡선을 등방선이라고 하며, 벡터 Ht의 동일한 수평 또는 수직, 북쪽 또는 동쪽 구성 요소를 해당 구성 요소의 등역학이라고 합니다. 동일한 필드 변화의 선은 일반적으로 등공극(isopore)이라고 불립니다. (비정상 필드 맵에서) 동일한 필드 값의 선은 등변입니다.

지구 자기 연구 결과는 지구 및 지구 근처 공간을 연구하는 데 사용됩니다. 암석의 자화 강도와 방향을 측정하면 시간에 따른 지자기장의 변화를 판단할 수 있으며, 이는 암석의 나이를 결정하고 암석권판 이론을 개발하는 데 핵심 정보가 됩니다. 지자기 변화에 대한 데이터는 광물의 자기 탐사에 사용됩니다. 지구 표면에서 천 킬로미터 이상 떨어진 지구 근처 공간에서 자기장은 우주선을 편향시켜 지구상의 모든 생명체를 강한 방사선으로부터 보호합니다.

문학: Yanovsky B. M. 지상파 자기. L., 1978; Kalinin Yu. D. 세속적 지자기 변화. 노보시비르스크, 1984; Kolesova V.I. 자기 지도 제작의 분석 방법. 엠., 1985; Parkinson W. 지자기 소개. 엠., 1986.

지구 자기, 지구 자기장을 연구하는 지구 물리학과. 주어진 지점에서의 자기장 강도를 벡터 F로 표시합니다(그림 1). 이 벡터를 포함하는 수직 평면을 자오선 평면이라고 합니다. 지리적 자오선과 자기 자오선 평면 사이의 각도 D를 적위라고 합니다. 동부 적위와 서부 적위가 있습니다. 동쪽 적위에는 플러스 기호를, 서쪽 적위에는 마이너스 기호를 표시하는 것이 관례입니다. 벡터 F와 수평면이 이루는 각도 I를 경사각이라고 합니다. 벡터 F를 수평면에 투영한 H를 수평 성분이라고 하며, 수직선에 투영한 Z를 수직 성분이라고 합니다.

지구 자기 요소를 측정하는 주요 도구는 현재 자기 경위석과 다양한 경사 장치 시스템입니다. 자기 경위의 목적은 자기장의 수평 성분과 편각을 측정하는 것입니다. 수직 축을 중심으로 회전할 수 있는 수평 위치의 자석은 자오선 평면에 축이 있는 지구 자기장의 영향을 받아 설치됩니다. 이 평형 위치에서 벗어나 그 자체로 방치되면 다음 공식에 의해 결정되는 주기 T를 사용하여 자기 자오선 평면을 중심으로 진동하기 시작합니다.

여기서 K는 진동 시스템(자석 및 프레임)의 관성 모멘트이고 M은 자석의 자기 모멘트입니다. 특별한 관찰을 통해 K 값을 결정하면 관찰 기간 T에서 곱 MN의 값을 찾는 것이 가능합니다. 그런 다음 진동 주기가 결정되는 자석을 다른 자석과 일정 거리 떨어진 곳에 배치합니다. 이 보조 자석도 수직 축을 중심으로 회전할 수 있으며, 첫 번째 자석은 두 번째 자석의 중심이 첫 번째 자기 축의 연속에 있습니다. 이 경우, H 외에도 보조자석도 자기장 M의 영향을 받게 되는데, 이는 그럴 수 있다. 다음 공식으로 찾았습니다.

여기서 B는 두 자석의 중심 사이의 거리이고, a, b,...는 상수입니다. 자석은 자기 자오선 평면을 떠나 이 두 힘의 합력 방향을 향하게 됩니다. 설치 부분의 상대적인 배열을 변경하지 않고 명명된 결과가 수직이 되는 편향 자석의 위치를 ​​찾습니다(그림 2). 이 경우 편향 각도 v를 측정하면 sin v = f/H 관계에서 비율 값을 찾을 수 있습니다. 얻은 MH 및 H/M 값에서 수평 성분 H가 결정됩니다. 지구 자기 이론에서는 0.00001 가우스에 해당하는 기호 γ로 표시되는 단위가 일반적입니다. 자성 경위는 적위 측정 장치 및 적위 측정 장치로 사용할 수 있습니다. 조준면을 실에 매달린 자석의 자축 방향과 일치시켜 자오선 평면과 일치시킵니다. 조준 장치가 지리적 북쪽을 가리키는 것에 해당하는 원에 대한 판독값을 얻으려면 실제 방위각이 알려진 일부 물체를 가리키는 것으로 충분합니다. 지리적 자오선과 자기 자오선의 판독값의 차이가 편각 값을 제공합니다.

경사기(Inclinator) - 측정 장치 I. 현대 자기 측정법에는 경사 측정을 위한 두 가지 유형의 장치가 있습니다. 포인터 및 유도 경사기. 첫 번째 장치에는 수직 가지의 중앙에 배치된 수평 축을 중심으로 회전하는 자침이 있습니다. 화살표의 이동 평면은 자기 자오선 평면과 정렬됩니다. 이 경우 이상적인 조건에서 평형 위치에 있는 화살표의 자기축은 주어진 지점에서 자기 전압의 방향과 일치하고 화살표의 자기축 방향과 수평선 사이의 각도는 I 값을 부여하십시오. 유도 경사기의 설계는 ( 접지 인덕터) 자기장에서 움직이는 도체의 유도 현상에 기초합니다. 장치의 필수적인 특징은 직경 중 하나를 중심으로 회전하는 코일입니다. 이러한 코일이 지구 자기장에서 회전할 때 회전축이 자기장의 방향과 일치하는 경우에만 EMF가 나타나지 않습니다. 코일이 닫혀 있는 검류계에 전류가 없는 것으로 표시되는 축의 이 위치는 수직 원에서 측정됩니다. 코일의 회전축 방향과 수평선 사이의 각도가 경사각이 됩니다.

위에서 언급한 장치는 현재 가장 일반적입니다. 진동 주기가 결정되는 자기장에 의한 H 보상 방법으로 H/M 값을 결정하는 Ogloblinsky 자기 경위의 것에 대해 특별히 언급해야 합니다.

최근에는 소위 편향 자석이 아닌 코일의 자기장에 의해 편향이 생성되는 H 측정을 위한 전기적 방법. 자기 측정에서 요구되는 정확도(전체 전압의 0.2-0.02%)를 달성하기 위해 작동 전류를 일반 요소의 전류와 비교합니다(전위차계 방법을 사용한 보상).

지구 표면의 여러 지점에서 측정한 결과 자기장은 지점마다 다양하다는 것을 알 수 있습니다. 이러한 변화에서 소위 패턴을 고려하면 그 성격이 가장 잘 이해되는 몇 가지 패턴을 볼 수 있습니다. 자기 카드(그림 3 및 4).

지구 자기의 모든 요소와 동일한 값의 점을 연결하는 지형 기반에 선을 그리는 경우 이러한 지도는 지상에 있는 이 요소의 분포에 대한 명확한 그림을 제공합니다. 지구 자기의 다양한 요소에 대응하여 다양한 등치선 시스템을 사용하는 지도가 있습니다. 이러한 등치선은 나타내는 요소에 따라 특별한 이름을 갖습니다. 따라서 동일한 편각의 점을 연결하는 선을 등각선(편각이 0인 선을 공각선이라고 함)이라고 하고, 동일한 경사의 선을 등방선, 동일한 응력의 선을 등방선이라고 합니다. 수평, 수직 구성 요소 등의 등역학이 있습니다. 지구 전체 표면에 대해 이러한 지도를 구성하면 다음과 같은 특징을 볼 수 있습니다. 적도 지역에서는 가장 높은 수평력 값이 관찰됩니다(최대 0.39가우스). 극쪽으로 갈수록 수평 성분이 감소합니다. 수직 구성 요소에서는 반대 성격의 변화가 발생합니다. 수직 구성 요소의 0 값 라인을 호출합니다. 자기 적도. 수평 힘 값이 0인 점을 호출합니다. 자극땅. 지리적 좌표와 일치하지 않으며 좌표는 북극 - 70.5° N입니다. w. 및 96.0°W. d. (1922), 남극 - 남쪽 71.2°. w. 그리고 151.0° E. D. (1912). 모든 등각선은 지구의 자극에서 교차합니다.

지구 자기장에 대한 자세한 연구는 등고선이 전체 그림에서 제안하는 것만큼 매끄럽지 않다는 것을 보여줍니다. 이러한 각 곡선에는 부드러운 경로를 방해하는 곡률이 있습니다. 일부 영역에서는 이러한 곡률이 너무 큰 값에 도달하여 이 영역이 전체 그림에서 자기적으로 격리되어야 합니다. 이러한 영역을 변칙적 영역이라고 하며, 그 영역에서는 정상 자기장보다 몇 배 더 높은 자기 요소 값을 관찰할 수 있습니다. 공부하다 자기 이상 지각 상부의 지질 구조 Ch. 도착. 자성 광물의 함량과 관련하여 광산 탐사에 자기 측정 및 측정을 적용하는 것을 목표로 하는 자기 측정의 특별한 분야를 탄생시켰습니다. 이미 산업적으로 매우 중요한 이러한 변칙적 지역은 우랄(Urals), 쿠르스크 지구(Kursk District), 크리보이 로그(Krivoy Rog), 스웨덴, 핀란드 및 기타 장소에 위치하고 있습니다. 이러한 영역의 자기장을 연구하기 위해 필요한 측정 결과를 신속하게 얻을 수 있는 특수 장비(Tyberg-Thalen 자력계, 국소 열량계 등)가 개발되었습니다. 어느 한 지점에서 지구 자기장을 연구하면 시간이 지남에 따라 이 자기장이 변화한다는 사실이 드러납니다. 지구 자기 요소의 이러한 시간적 변화에 대한 자세한 연구를 통해 지구 전체의 생명과의 연관성이 확립되었습니다. 변형은 축을 중심으로 한 지구의 회전, 태양과 관련된 지구의 움직임 및 일련의 우주 현상을 반영합니다. 변화에 대한 연구는 지구 자기장의 요소를 측정하기 위한 정밀 기기 외에도 자기 요소의 일시적인 변화를 지속적으로 기록하기 위한 특수 장치를 갖춘 특수 자기 관측소에 의해 수행됩니다. 이러한 장치는 변위계 또는 자기기록계라고 하며 일반적으로 D, H 및 Z의 변화를 기록하는 데 사용됩니다. 적위의 변화를 기록하는 장치(변위계 D 또는 유니파일러)에는 거울이 부착된 자석이 자유롭게 매달려 있습니다. 얇은 실. 자오선 평면의 회전으로 인한 편각의 변화로 인해 이러한 방식으로 매달린 자석이 회전하게 됩니다. 특수 조명기에서 투사된 빔은 자석 거울에서 반사되어 움직이는 광점을 생성하며, 이는 감광지 위에 곡선 형태의 흔적을 남기거나 회전 드럼에 굴리거나 수직으로 내려갑니다. 고정 거울에서 반사된 빔에 의해 그려진 선과 타임 스탬프를 통해 결과 자기도를 사용하여 특정 순간의 D 변화를 찾을 수 있습니다. 실을 비틀고 부착 부분의 위쪽 지점을 회전시키면 자석이 자오선 평면에서 나옵니다. 제대로 조이면 원래 위치와 수직이 되는 위치에 놓을 수 있습니다. 새로운 평형 위치에서 자석은 한편으로는 N에 의해, 다른 한편으로는 꼬인 실의 순간에 의해 작용할 것입니다. 수평 성분의 변화는 자석의 평형 위치의 변화를 야기하며, 이러한 장치는 수평 성분(자석이 두 개의 평행 나사산에 매달려 있는 경우 변량계 H 또는 바이파일러)의 변화를 기록합니다. 이러한 변화는 적위 변화가 기록되는 것과 동일한 방식으로 기록됩니다. 마지막으로, 수직 성분(로이드 천칭, 변량계 Z)의 변화를 기록하는 역할을 하는 세 번째 장치에는 수평 축을 중심으로 균형 빔처럼 진동하는 자석이 있습니다. 이동식 추를 이용하여 무게 중심을 적절하게 이동시킴으로써 본 장치의 자석을 수평에 가까운 위치로 가져오고, 일반적으로 자석의 이동 평면이 자오선 평면에 수직을 향하도록 설치됩니다. 이 경우 자석의 평형 위치는 Z의 작용과 시스템의 무게에 의해 결정됩니다. 첫 번째 값이 변경되면 수직 구성 요소의 변경에 비례하여 자석이 약간 기울어집니다. 이러한 경사 변화는 이전과 마찬가지로 사진으로 기록되며 수직 구성 요소의 변화에 ​​대한 판단 자료를 제공합니다.

자기기록계(자기그램)로 기록한 곡선을 분석하면 여러 가지 특징을 발견할 수 있는데, 그 중 명확하게 표현된 일별 변화가 가장 먼저 눈에 띕니다. 일주기의 최대값과 최소값의 위치와 그 값은 매일 작은 한계 내에서 다양하므로 일주기를 특성화하기 위해 특정 시간 간격에 대해 일부 평균 곡선이 작성됩니다. 그림에서. 그림 5는 1927년 9월 슬루츠크 관측소의 D, H, Z 변화 곡선을 보여주며, 요소의 일일 변화가 명확하게 표시됩니다.

변형을 묘사하는 가장 시각적인 방법은 소위입니다. 벡터 다이어그램, 시간에 따른 벡터 F의 끝 부분의 움직임을 나타냅니다. yz 및 xy 평면에 대한 벡터 다이어그램의 두 가지 투영이 그림 1에 나와 있습니다. 6. 이 그림에서. 연중 시간이 일일주기의 성격에 어떻게 반영되는지 확인할 수 있습니다. 겨울철에는 자기 요소의 변동이 여름철보다 훨씬 적습니다.

일주 주기로 인한 변화 외에도 때로는 자기도에서 급격한 변화가 나타나며 종종 매우 큰 값에 도달합니다. 자기 요소의 이러한 급격한 변화는 북극 지역의 극광, 전신 및 전화선에서 유도 전류의 출현 등과 같은 여러 가지 다른 현상을 동반합니다. 자기 폭풍. 정상적인 코스로 인한 변동과 폭풍으로 인한 변동 사이에는 근본적인 차이가 있습니다. 현지 시간으로 각 관측 지점마다 일반적인 변화가 발생하는 반면, 폭풍으로 인한 변화는 지구 전체에서 동시에 발생합니다. 이 상황은 두 유형 모두의 변형 특성이 다르다는 것을 나타냅니다.

지구 표면에서 관찰되는 지구 자기 요소의 분포를 설명하려는 욕구로 인해 가우스는 지자기의 수학적 이론을 구축하게 되었습니다. 최초의 지자기 측정 이후 지구 자기 요소에 대한 연구를 통해 소위 존재하는 것이 발견되었습니다. 요소의 세속적 과정과 가우스 이론의 추가 개발에는 이러한 세속적 변화를 고려하는 작업이 포함되었습니다. Peterson, Neumayer 및 기타 연구자들의 연구 결과로 이제 이 세속적 과정을 고려한 잠재력에 대한 공식이 탄생했습니다.

지자기 요소의 일별 및 연간 주기를 설명하기 위해 제안된 가설 중에서 Balfour-Stewart가 제안하고 Schuster가 개발한 가설에 주목해야 합니다. 이들 연구자들에 따르면 대기의 높은 전기 전도성 층에서 태양 광선의 열 작용에 따라 가스 질량의 움직임이 발생합니다. 지구의 자기장은 움직이는 전도성 덩어리에 전류를 유도하며, 자기장은 매일 변화하는 형태로 나타납니다. 이 이론은 겨울철 변동 폭의 감소를 잘 설명하고 현지 시간의 지배적인 역할을 명확히 합니다. 자기 폭풍의 경우, 최근 연구에 따르면 태양 활동과 밀접한 관련이 있는 것으로 나타났습니다. 이러한 연결이 명확해지면 현재 일반적으로 받아들여지는 자기 교란 이론이 탄생하게 되었습니다. 가장 강렬한 활동의 ​​순간에 태양은 전하를 띤 입자(예: 전자)의 흐름을 방출합니다. 대기의 상층으로 들어가는 이러한 흐름은 그것을 이온화하고 강렬한 전류의 흐름 가능성을 생성하며, 그 자기장은 우리가 자기 폭풍이라고 부르는 교란입니다. 자기 폭풍의 본질에 대한 이러한 설명은 Stoermer가 개발한 오로라 이론의 결과와 잘 일치합니다.