地磁场水平分量的测量 实验

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地磁场磁感应强度B(水平分量)的测量

地磁场磁感应强度B(水平分量)的测量
发生变化 。
B = B + ;
B=B × e =B × s f 。 。 s c zc l c 若知道其中独立的三 个量 , 他四个量就 其 可 以 计 算 出来 。
B = t ;j + : B ×a = n B;
1地磁场的分布及地磁要素
地球 本 身 及其 周 围空 间存 在 的 磁 场 叫 “ 地球磁 场” 简称 地磁场 , 其主要 部分是 一个 偶极场 。地心 磁偶极 子轴线 与地球 表面 的两 个交点 叫地 磁极 , 磁的南( ) 实际上是地 地 北 极 心磁偶极子的北( 极。地心 磁偶极子 的磁轴 南) Nm m与地球的旋转轴 N 斜交一个角度 , S S l.。 1 5 。所 以地磁极与地理极相 近但不 重合 , 地球磁场 的强度和方 向随时 间、地点而

地面任何一 点的磁场的磁感应强度 矢量 具有 一定的 大小和 方 向。在地 理直 角坐标 系 中的地 磁要 素关 系图如 图 1所 示 。D 点表示 测量点 , 轴指 向北 , 即为地理子 午线( 经线) 的 方向 ; 制旨向东 , 即为地理纬线方 向 ; 垂直 西由 于地平 面而指 向地 下。xOy代表地 平面 。 在 xOy平面上 的投影B 称为水平 分量 , 水平 分量偏 离地理真北 极的 角度 称为磁偏 角 , 偏离水平面 的 I 角度称为磁倾角 。 的水平分 量B 在 X、 轴上 的投影 , 分别称 为北 向分量 和东向分量 , ; z 在 轴上 的投影 称为垂 直分量 。故某一点 D的地 磁要素有 : ) 1地磁场 磁感应强度 ;) 2磁倾角 ;) 3磁偏角 ;) 4水平 分量B 5垂直分量 ; ) ) 6 北向分量 ;) 向 7东 分量 。由图 1 , 知 在直角坐标 系内各量 间存
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地磁场水平分量的测量解读

地磁场水平分量的测量解读

实验二十九 地磁场水平分量的测量1、教学目标(1)学习测量地磁场水平分量的方法;(2)了解正切电流计的原理;(3)学习分析系统误差的方法2、教学难点、重点难点:地磁场的相关概念;正切电流计的原理。

重点:测量方法和测量公式。

3、实验室提供的仪器和用具亥姆霍兹线圈(N=640匝,R=10cm ),地质罗盘(DL-I 型),直流稳压电源(DF173系列),电阻箱(ZX21型),直流电流表(0.5级,10Ma ),换向开关,水准器。

4、实验原理4.1 地磁场与地磁要素地球是一个大磁体,地球本身及其周围空间存着磁场叫做“地球磁场”又称地磁场,其主要部分是一个偶极场。

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m m S N 与地球的旋转轴NS 斜交一个角度o 5.11,00≈θθ。

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。

O 点表示测量点,x 轴指向北,即为地理子午线(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x B 和东向分量y B ;B 在Z 轴上的投影z B 称为垂直分量。

故某一地点O 的地磁要素有:⑴地磁场总磁感应强度B ,⑵磁倾角I ,⑶磁偏角D ,⑷水平分量//B ,⑸垂直分量z B ,⑹北向分量x B ,⑺东向分量y B 。

地磁场水平分量的测量研究

地磁场水平分量的测量研究
the ge删amgnetic
component of
the
field(by using the tangent galvanor】neter and the ballistic galvanometer),obtained the value of horizontal geomagnetic field in Jinzhou at that time,and analyzed the re/tson of causing the difference.
正切
电流计
图1正切电流计测地磁水平分量的原理图
图2罗盘读数图
注意:实验时将易产生磁场的仪器设备,(如:安培表、通电的线圈等)尽可能远离正切电流计,以免 干扰测量。因为地球是一个大磁体,在地球表面上一点周围的磁感线可近似认为平行于水平面的,为使
收稿日期:2009.06—19 基金项目:辽宁省高等学校科学研究计划项目(2008006)。 作者简介:李微(1979一),女,辽宁义县人,渤海大学教师,硕士。
正切电流计法
1)按图1接线,将罗盘放在亥姆霍兹线圈轴线中心位置。 2)调节正切电流计底座的底脚螺丝使水准器气
泡调至中间位置,(即使罗盘位于水平位置)这样线 圈平面就基本铅直了。 3)旋转整个正切电流计装置使线圈平面与罗盘 磁针相平行,即使线圈平面与磁子午面一致,并使磁 针的N极指向“0”刻度线,这样线圈通电后由线圈产 生的磁场与地磁水平分量B∥相互垂直。 4)调节电阻箱的阻值,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e,,为了消除罗盘的磁针偏心误差,须从罗盘上读得两 个读数e】,a2,如图2:通过换向开关使电流换向,同样在罗盘上又可读得 两个读数83,84,则偏转角:e=(01+02+03+04)1/4。偏转角在0--90。之 间,而取45。时的相对误差最小。 5)逐次增加电流值,可测得一系列的偏转角日值。用最dx--乘法, 设z=tan0,了=I,求其相关系数、回归常数口和回归系数b,然后求得 本地区四月时地磁场水平分量B//为(4.53±0.10)×10_5T=(0.45± 0.01)高斯。

磁场的测量

磁场的测量

磁场的测量【实验目的】(1)学会用“正切电流计法”测量地磁场水平分量B//。

(2)用磁阻传感器测量地磁场【实验原理及步骤】在我们周围到处都存在着磁场,同时磁场也为我们所用。

由于磁场存在的形式比较复杂,在测量时,首先需要知道被测量磁场的性质和磁场强度的大小,以此来选择正确的测量方法。

1. 地磁场地球本身具有磁性,地球及近地空间存在的磁场叫做地磁场。

地磁场的强度和方向随地点、甚至随时间变化而变化。

地磁的北极、南极分别在地理南极、北极附近,彼此并不重合,如图5.5.1所示,而且两者间的偏差随时间不断地缓慢变化。

在一个较小的范围内,地磁场基本上是均匀的。

地磁场可用三个参量来表示其方向和大小,如图5.5.2所示。

(1)磁偏角α。

地球表面任一点的地磁场强度矢量B所在的垂直平面(图5.5.2中B z所构成的平面,称地磁子午面)与地理子午面(图5.5.2中xz构成的平面)之间的夹角。

(2)磁倾角ϕ。

地磁场强度矢量B与水平面(xy平面)之间的夹角。

(3)水平分量B//。

地磁场强度矢量B在水平面上的投影。

地磁场存在于三维空间内,测量地磁场的这三个参量,就可确定某一地点地磁场的B 矢量的方向和大小。

这三个参量实际上是随时间在不断地改变,但这一变化极其缓慢、微弱。

图5.5.1 图5.5.22. 用“正切电流计法”测量地磁场水平分量B//1)实验前仪器调节“正切电流计”的结构如图5.5.3所示,它主要由亥姆霍兹线圈和罗盘构成。

亥姆霍兹线圈是由一对彼此平行且连通的共轴圆形线圈组成,两线圈内的电流大小相同、方向一致。

线圈之间的距离d正好等于圆形线圈的半径R。

这种线圈的特点是能够在公共轴线中点附近产生较广泛的均匀磁场。

在亥姆霍兹线圈的公共轴线的中点处水平放置一个罗盘,就构成了“正切电流计”。

图5.5.3根据仪器的结构,在探测器盒盖的顶端安装罗盘,盒盖上设有2个定位螺丝,用于确定罗盘的位置;另有一个锁紧螺丝,用于固定罗盘。

将水平轴升降紧固螺丝松开,使水平轴降至升降板滑槽的下端,调节的目的是使罗盘的指针定位于线圈的轴线上。

地磁场水平分量的测量-实验

地磁场水平分量的测量-实验

地磁场水平分量的测量-实验
实验用的仪器有:一组磁力计、一台多参数计(带有计算机和配件)以及许多必要的设备。

实验步骤:
第一步:将磁力计放置在位置A上,然后于多参数计上复位,以消除以前在读取中可能存在的数据。

第二步:在多参数计上设置参数,以读取A处磁力计的地磁场水平分量值。

第四步:重复第二步和第三步的操作,但改变磁力计的位置,找到多个位置,读取其地磁场水平分量值。

第五步:对所得到的磁力计数据进行处理,整理成表格的形式,其中应当包括每次测量的位置A编号及其读出的地磁场水平分量值。

第六步:用类似于拟合的一种方法,将地磁场水平分量值拟合在一条线上,结果以直
线图形式展示。

以上就是地磁场水平分量的测量实验的全部步骤。

本实验目的旨在测量地磁场水平分量的大小,以用于地磁场的定位。

结果表明,地磁场水平分量总是伴随着经纬度变化而变化。

地磁场的测量实验报告

地磁场的测量实验报告

地磁场的测量实验报告一、实验目的地磁场是地球的重要物理场之一,它对地球的生态、通信、导航等方面都有着重要的影响。

本次实验的目的是测量地磁场的水平分量和垂直分量,并了解地磁场的基本特性。

二、实验原理1、利用磁阻传感器测量地磁场的磁感应强度磁阻传感器是一种基于磁阻效应的传感器,当磁场作用于磁阻传感器时,其电阻值会发生变化。

通过测量电阻值的变化,可以计算出磁场的磁感应强度。

2、测量地磁场的水平分量和垂直分量将磁阻传感器水平放置,测量得到的磁感应强度即为地磁场的水平分量;将磁阻传感器垂直放置,测量得到的磁感应强度即为地磁场的垂直分量。

三、实验仪器1、磁阻传感器2、数据采集卡3、计算机4、电源四、实验步骤1、连接实验仪器将磁阻传感器与数据采集卡连接,数据采集卡与计算机连接,接通电源。

2、校准磁阻传感器在无磁场的环境中,对磁阻传感器进行校准,消除零漂和误差。

3、测量地磁场的水平分量将磁阻传感器水平放置,在计算机上记录测量数据。

4、测量地磁场的垂直分量将磁阻传感器垂直放置,在计算机上记录测量数据。

5、重复测量多次为了提高测量的准确性,对水平分量和垂直分量分别进行多次测量,并取平均值。

五、实验数据以下是多次测量得到的地磁场水平分量和垂直分量的数据:|测量次数|水平分量(μT)|垂直分量(μT)||||||1|_____|_____||2|_____|_____||3|_____|_____||4|_____|_____||5|_____|_____|平均值:水平分量:_____μT垂直分量:_____μT六、数据处理与分析1、计算地磁场的总磁感应强度根据勾股定理,地磁场的总磁感应强度 B 可以通过水平分量 Bx 和垂直分量 By 计算得到:B =√(Bx²+ By²)2、计算地磁场的磁倾角磁倾角θ 可以通过垂直分量 By 和总磁感应强度 B 计算得到:θ = arctan(By / Bx)3、分析测量结果的误差误差可能来源于仪器误差、环境干扰、测量次数等因素。

地磁场水平分量的测量知识讲解

地磁场水平分量的测量知识讲解

地磁场水平分量的测地磁场水平分量的测量地磁场的数值比较小,约10 5T数量级,但在直流磁场测量,特别是弱磁场测量中,往往需要知道其数值,并设法消除其影响,地磁场作为一种天然磁源,在军事、工业、医学、探矿等科研中也有着重要用途。

本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测定地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度的水平分量和垂直分量;测量地磁场的磁倾角,从而掌握磁阻传感器的特性及测量地磁场的一种重要方法。

由于磁阻传感器体积小,灵敏度高、易安装,因而在弱磁场测量方面有广泛应用前景。

【实验目的】1.掌握各向异性磁阻传感器的原理和特性2.了解各向异性磁阻传感器测量磁场的基本原理3.学会用磁阻传感器测定地磁场【实验仪器】地磁场实验仪、底座、转轴,带角度刻度的转盘、磁阻传感器的引线、亥姆霍磁线圈【实验原理】物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。

对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属,当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时,电阻几乎不随外加磁场变化;当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时,此类金属的电阻减小,这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。

磁阻传感器由长而薄的玻莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电路集成芯片(二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场)。

它利用通常的半导体工艺,将铁镍合金薄膜附着在硅片上,如图1所示。

薄膜的电阻率()依赖于磁化强度M和电流I方向间的夹角,具有以下关系式:2()(// )cos (1)其中//、分别是电流I平行于M和垂直于M时的电阻率。

当沿着铁镍合金带的长度方向通以一定的直流电流,而垂直于电流方向施加一个外界磁场时,合金带自身的阻值会生较大的变化,利用合金带阻值这一变化,可以测量磁场大小和方向。

同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带,一条是置位与复位带,该传感器遇到强磁场感应时,将产生磁畴饱和现象,也可以用来置位或复位极性;另一条是偏置磁场带,用于产生一个偏置磁场,补偿环境磁场中的弱磁场部分(当外加磁场较弱时,磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系),使磁阻传感器输出显示线性关系。

地磁场水平分量的测量

地磁场水平分量的测量

地磁场水平分量的测量【摘要】:地磁场水平分量(horizontal component of geomagnetic field):地磁场的总磁场强度矢量T在参考坐标系的XOY水平面上的投影,称为地磁场水平分量,通常用符号H表示。

水平分量的数值在赤道附近最大,约为0.03~0.04mT,由赤道向两极数值逐渐减小,两极为零。

地球上除高纬度地区以外,大部分地区地磁场水平分量是大致指北的,这个方向称为磁北。

中国由南到北,水平分量逐渐减小,约从0.04到0.02mT。

【关键词】:地磁场水平分量、亥姆霍兹线圈、正切电流【引言】:地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分。

基本磁场是地磁场的主要部分,起源于地球内部,比较稳定,属于静磁场部分。

变化磁场包括地磁场的各种短期变化,主要起源于地球内部,相对比较微弱。

地球变化磁场可分为平静变化和干扰变化两大类型。

行军、航海利用地磁场对指南针的作用来定向。

人们还可以根据地磁场在地面上分布的特征寻找矿藏。

地磁场的变化能影响无线电波的传播。

当地磁场受到太阳黑子活动而发生强烈扰动时,远距离通讯将受到严重影响,甚至中断。

假如没有地磁场,从太阳发出的强大的带电粒子流(通常叫太阳风),就不会受到地磁场的作用发生偏转而直射地球。

在这种高能粒子的轰击下,地球的大气成份可能不是现在的样子,生命将无法存在。

所以地磁场这顶“保护伞”对我们来说至关重要。

地磁场强度大约是0.5-0.6高斯,也就是5-6*E-5特斯拉(50-60μT)。

【实验目的】:1.学习测量地磁场水平分量的方法2.了解正切电流计的原理3.学习分析系统误差的方法【实验原理】:亥姆霍兹线圈(Helmholtz coil)是一种制造小范围区域均匀磁场的器件。

由于亥姆霍兹线圈具有开敞性质,很容易地可以将其它仪器置入或移出,也可以直接做视觉观察,所以,是物理实验常使用的器件。

因德国物理学者赫尔曼·冯·亥姆霍兹而命名。

亥姆霍兹线圈是由一对完全相同的圆形导体线圈组成。

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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:⑴地磁场总磁感应强度B ,⑵磁倾角I ,⑶磁偏角D ,⑷水平分量//B ,⑸垂直分量z B ,⑹北向分量x B ,⑺东向分量y B 。

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:032
85a u N B b R
=

【关键字】地磁场,水平分量,正切电流计,磁偏角。

1、实验目的
(1)学习测量地磁场水平分量的方法; (2)了解正切电流计的原理; (3)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-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 地磁场与地磁要素 地球是一个大磁体,地球本身及其周围空间存着磁场叫做“地球磁场”又称地磁场,其主要部分是一个偶极
图1
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m m S N 与地球的旋转轴NS 斜交一个角度o 5.11,00≈θθ。

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。

O 点表示测量点,x 轴指向北,即为地理子午线(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x B 和东向分量y B ;B 在Z 轴上的投影z B 称为垂直分量。

故某一地点O
的地磁要素有:⑴地磁场总磁感应强度B ,⑵磁倾角I ,⑶磁偏角D ,⑷水平分量//B ,⑸垂直分量z B ,⑹北向分量x B ,⑺东向分量y B 。

不难看出,它们是B 在各个坐标体系中的坐标值,比如z y x B B B ,,就是B 在直角坐标系中的坐标值,而,,//B B z 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,在它们之间,存在着如下的变换关系:
z
y x z y x B B B B B B tgI B B D B B D B B 2//2222//2//////,,,sin ,cos +=+==⋅=⋅=
图2
I B I B B z csc sec //⋅=⋅=;x
y B B tgD =
(1)
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 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圆形线圈,彼此平行而且共轴,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θ,如图4所示。

由图可知
θtg B B =//
'
(2)
亥姆霍兹线中点的磁场为 2
3
58'⋅
=
R
NI
B μο (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,
图3
图4
27/104A N -∏⨯=μο将(29-2)式代入(1)式得θ
μοtg R NI
B ⋅=
2
/3//58 (4) 即 θθμοKtg tg N
B R I ==85//
2/3 (5)
式中N
B R K μο85//
2/3=。

对于同一个测量地点和给定的正切电流计,N R B 和,//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θ的正切成正比。

因此这种电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θ,即能测得地磁的水平分量//B 值。

4、 实验内容
1.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
2.旋转整个正切电流计装置使线圈平面与罗盘磁针平行,即使线圈平面与地磁子午面一致,并使磁针的N 极指向“0”刻度线,这样线圈通电后由线圈产生的磁场B G 与地磁水平分量B R 相互垂直。

3.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1θ,为了消除罗盘磁针偏心误差,需从罗盘商读的两个读数1θ,
2θ,通过调节接线使电流换向,同样在罗盘上又可读3θ、4θ,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1θ、2θ、3θ、4θ 4个读数。

4.测得一系列的偏转角θ值。

作I~tan θ图,由图线求出斜率b 值,代入
图5
3
2
05tan 8a RB I u N
θ
= 即可求得地磁场水平分量为
\032
85a u N B b
R
=

5.实验结果
N=700匝 R=95 mm
tan θ~I 图
由图线得斜率b=
032
85a u N B b
R
=

=8×4π×10-7×700××95)=×10-5(T ) 6.实验结论与分析
本次实验测得的地磁场水平分量为×10-5特斯拉,但因为实验者对实验器材及操作方法不太熟悉对实验结果造成了一定的误差。

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