地磁场水平分量的测量-实验

1、地磁场水平分量的测量姓名：王秋来专业班级：物科院11级物理学学号：1108405037【摘要】某一地点O的地磁要素有：地磁场总磁感应强度B，(2)磁倾角I， 磁偏角D,水平分量B，垂直分量Bz，北向分量B，东向分量By。 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。利用正切电流计算原理，测定地磁场的水平分量B/地磁场水平分量为：B a = 8 U30 N * b5 r r【关键字】地磁场，水平分量，正切电流计，磁偏角。1、实验目的学习测量地磁场水平分量的方法;了解正切电流计的原理;学习分析系统误差的方法2、实验室提供的仪器和用具亥姆霍兹线圈(N=700匝)，地质罗盘(DL-

2、I型)，直流稳压电源(DF173系列)，电阻箱(ZX21型)，直流电流表。3、实验原理3.1地磁场与地磁要素地球是一个大磁 场。地心偶极子轴线与地球表面的两个交点称为地磁极，地磁的南（北）极实体，地球本身及其周围空间存着磁场叫做“地其主要部分是一个偶极球磁场”又称地磁场，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NJm与地球 的旋转轴NS斜交一个角度00,00 51.5。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。点表示测量点，x轴指向北，即为地理子

3、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o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BX和东向分量 By ；B在Z轴上的投影Bz称为垂直分量。故某一地点O的地磁要素有：地磁场总磁

4、感应强度B，磁倾角I， 磁偏角D，水平分量B/，垂直分量Bz，北向分量B，东向分量B。在它们之间，存在着如下的不难看出，它们是B在各个坐标体系中的坐标值，比如BX, By, Bz就是B在直 角坐标系中的坐标值，而B,B/, 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 变换关系:B = B/ - cosD, B = B/ - sin D, B = B/ tgI, B2 = B2BB = B/ - sec I = B - esc I ； tgD =甘x如果知道其中独立的三个，其它四个就可以计算出来。确定某一点的地磁场(1)通常用磁偏角,磁倾角和水平分量

5、B/三个独立要素。3.2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/形线圈，彼图3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

6、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e,如图4所示。由图可知b=密/(2)亥姆霍兹线中点的磁场为B，必.卫R 53 2(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，(4)叩=4 X10 -7 N / A 2 将(29-2 )式代入(1 )式得 B = ?2 . JL.即I = 53/2 m(5)8oN式中K =二2%。对于同一个测量地点和给定的正切电流计，B,商聊均为不变 值，故K为一常量。由(5)式可知，流过电流计的电流强度与磁针偏转角6的正切成正比。因 此这种电

7、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6,即能测得地磁的水平分量B值。4、实验内容连接好线，调节正切电流计底座脚螺丝使水准器气泡调节至中间，这会使罗盘位于水平位置，这样线圈平面就铅直了一迎旋转整个正切电流计装置使线圈平面与罗盘磁趴 金理E 丽 1 I1 I L -1针平行，即使线圈平面与地磁子午面一致，并使磁图5针的N极指向“0”刻度线，这样线圈通电后由线图圈产生的磁场bg与地磁水平分量Br相互垂直。旋转电流调节旋钮，改变通入正切电流计的电流值，从罗盘上读得磁 针的偏转角01，为了消除罗盘磁针偏心误差，需从罗盘商读的两个读数，, 62，通过调节接线使电流换向，

8、同样在罗盘上又可读气、气，固定线圈匝 数 N=700,使输出电流分别为 1mA、2mA、3mA、4mA、5mA、10mA、15mA、 20mA，读出6、6、6、6 4个读数。1234测得一系列的偏转角6值。作广tan6图，由图线求出斜率b值，代入3t 52 RB mI = a tan 98o N即可求得地磁场水平分量为B 二a-叫N .b352 R实验结果N=700 匝 R=95 mm电流（mA）12345101520罗盘偏转 角正13263846486672771425374547677176反13253644516975791224364449687478平均角度132536.7544.7548.7567.57377.5tan 00.230.470.750.991.142.413.274.51tan0 I 图由图线得斜率b=4.44B 二a-