地磁场的测定
湘西自治州地区地磁场的测定
第２ ３卷
第 ２期
吉 酋大 学 学 报 （ 然 科 学 版 ） 自
Ｊ ｕｎｄｏ ｓ ｏ ｎｖ ｒ ￣ （ ａ ｒｌ ｃｅ ｃ ｉｏ ） ｏ ｒ ＇ ｆ ｉ ｕ Ｕ ｉｅ ｓ ， Ｊｈ ｉ Ｎ ｔ ａ Ｓ ｉｎ ｅ Ｉ ｔ ｎ ｕ Ｍ ＇ ｉ
扫 场 选 择 三 角 波 ， 样 品 泡 周 围加 一 垂 直 于 恒 定 磁 场 强 度 的 、 当 的 射 频 场 ， 其 频 率 与 恒 定 磁 场 在 适 使
收 稿 日期 ：０ １ ３ ８ ２０ —０ —０
作 者 简 介 ： 业 锦 （９ ３ ） 男 （ 家 族 ） 湖 南 省 龙 山 县 人 ， 首 大 学 讲 师 ． 要 从 事 物 理 学 和 物 理 实 验 研 究 彭 １６ 一 ， 土 ， 吉 主
置 的核 心 即 主 体 单 元 是 国产 Ｄ ８ ７型光 磁 共振 实 验 仪 ， 图 １ 示 ． 主 要 组 成 为 ： 灯 ， 涉 滤 波 片 ， Ｈ０ 如 所 其 铷 干 偏
振 片 ，／ 片 ， 镜 ， 品 泡 （ 有 天 然 铷 ， Ｒ 盯及 Ｒ 龉两 种 同位 素 ） 磁 场 （ 平 磁 场 ， 平 方 向扫 场 ， １ ４波 透 样 充 含 ． ， 水 水 垂 直 方 向 磁场 与 射 频 场 分 别 由 ３对 亥姆 霍 兹 线 圈 及 １ 射 频 线 圈 供 给 ） 光 探 测 器 等 ． 对 ，
片后 成 为 圆偏 振 光 ， 旋 圆 偏 振 光 用 Ｄ 表 示 ， 旋 圆偏 振 光 用 Ｄ 表 示 ． 光 射 到铷 泡 内的 Ｒ 原 子 左 ． 右 Ｄ． ＋
上 ， 量 粒 子 抽 运 到 ｍ ＝＋２的 塞 曼 子 能 级 ， 大 了粒 子 布居 数 的 差别 ， 塞 曼 子 能级 之 间 粒 子 差 数 比热 大 增 使 平 衡 时 大 １２～ １３ ， 就 是 光 抽 运 效 应 ． 果 此 时 在 扫 场 线 圈 中 加 入 一 方 波 扫 场 ， 平 磁场 反 向过 零 时 ０ 倍 这 ０ 如 水 可 观 察 到 光 抽 运 信 号 ， 图 ３一 ｌ 示 ． 如 所
实验十五用磁阻传感器分析和测定地磁场
【实验目的】1.了解磁阻传感器测量磁场的基本原理。
用磁阻传感器测定地磁场的方法。
3.了解地磁场的方向与强度。
【仪器和用具】测量地磁场装置如图一所示。
它主要包括底座、转轴，带角刻度的转盘、磁阻传感器的引线、亥姆霍兹线圈、地磁场测定仪控制主机(包括数字式电压表、5V 直流电源等)图一【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。
磁阻传感器是由长而薄的坡莫合金(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，如图二所示。
薄膜的电阻率)(θρ依赖于磁化强度和电流方向间的夹角，具有以下关系式θρρρθρ2cos )()(⊥⊥-+=∥ （1）其中、分别是电流平行于和垂直于时的电阻率。
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。
磁阻传感器是一种单边封装的磁场传感器，它能测量与管脚平行方向的磁场。
传感器由四条铁镍合金磁电阻组成一个非平衡电桥，而非平衡电桥输出后接到一集成运算放大器上，将信号放大输出。
传感器内部结构如图三所示。
图中由于适当配置的四个磁电阻电流方向不相同，当存在外界磁场时，引起电阻值变化有增有减。
因而输出电压out U 可以用下式表示b out U R R U ⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛∆= （2）铝合金带玻莫合金薄膜外加磁场电流θＩＭ外加磁场–+Vout偏置磁场R +△RR +△RR -△RR -△RVb图二 磁阻传感器的构造示意图 图三 磁阻传感器内的惠斯通电桥对于一定的工作电压，如V U b 00.5=，HMC1021Z 磁阻传感器输出电压out U 与外界磁场的磁感应强度成正比关系，KB U U out +=0 （3）（3）式中，为传感器的灵敏度，为待测磁感应强度。
试验二十五地磁场水平分量的测量
实验二十五 地磁场水平分量的测量一 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二 仪 器 和 用 具亥姆霍兹线圈、罗盘、直流稳压电源、电阻箱、直流电流表、换向开关，水准器。
三 实 验 原 理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。
地球表面任何一点心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：图1图2zy x z y x B B B B B B tgI B B D B B D B B 2//2222//2//////,,,sin ,cos +=+==⋅=⋅= I B I B B z csc sec //⋅=⋅=；x yB 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。
地磁场的实验结论与心得
地磁场的实验结论与心得地磁测量的地磁场的实验结论与心得地磁场的特点：由于地球本身具有磁性，所以地球及附近的空间存在着磁场，这个磁场就是地磁场。
地磁场是地球的基本资源之一，与人类生活息息相关，它在地球科学、航空航天、资源探测、交通通讯、国防建设、地震预报等领域有着重要的应用。
正是因为地磁场有如此重要应用价值，人们对地磁场的测量又迫切的需求。
因此，磁场的测量已成为热点课题之一。
可以将地磁场近似地看作是地球中心有一个磁铁棒放，它的N极大体上对着南极，从而产生的磁场，其磁感线性状如图1.1所示。
事实上，地球磁场的产生是通过电流在导电液体核中流动的发电机效应产生磁场的。
地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分，它们是不同的两种磁场。
基本磁场是地磁场的主要组成部分，它源于地球的内部，相对来说比较稳定，变化缓慢。
变化磁场起源于地球外部，并且很微弱。
地磁场是一个向量场。
常用的地磁参量有7个，即地磁场总强度F，地磁场的水平强度H，垂直强度ZX和Y分别为水平强度的北向和东向分量，D和I分别为磁偏角和磁倾角。
其中以磁偏角的观测历史为最早。
在地磁场观测中，通常用三个参量来表示地磁场的方向和大小：（1）磁偏角A，即地球表面任一点的地磁场磁感应强度矢量B所在的垂直平面（地磁子午面）与地理子午面之间的夹角；（2）磁倾角①，即地磁场磁感应强度矢量B与水平面之间的夹角；（3）地磁场磁感应强度的水平分量B，即地磁场磁感应强度矢量B在水平面上的投影。
地磁场的重要应用地磁场数值较小，其强度与方向也随地点而异。
地磁场被视为地球的一种重要的天然磁源，它在国家科研中有着重要用途。
在地球科学的研究中，作为以地球系统的过程与变化及其相互作用为研究对象的基础学科，研究和掌握地磁场的固有特性及其变化规律是地球科学研究的重要内容。
在交通运输方面，可以通过检测由于车辆干扰而引起的地磁场的变化来反应车辆本身的特点及运动情况。
除此之外，地磁还可以用于石油定向斜井钻井中；在海洋中，进行地磁测量可以保证航海的安全、海洋工程建设及了解海底构造；在陆地上，人们通过大规模的地磁测量及分析地磁偏角的变化去测定强磁性铁矿床、弱磁性铁矿床以及铜、镍、铬、金刚石等各种矿石的分布；在科学研究方面，地磁测量有助于人类了解地球的成因和延边过程，掌握火山的活动规律，地震预报等都具有重要意义。
实验五-地磁场测定
实验五-地磁场测定
目的：测量地磁场的强度、方向和倾角。
实验仪器：地磁测量仪。
实验原理：
地球上存在着自然磁场，称为地磁场。
地磁场是由地球内部的热液体运动所产生的电流所形成的。
地磁场的强度和方向在地球不同位置和不同时期是不同的。
地磁场的方向可以用指南针来测量，而磁场的强度和倾角需要用地磁测量仪来测量。
地磁测量仪可以测量地磁场的强度、方向和倾角。
地磁测量仪的基本原理是利用一个磁针在地磁场中的偏转角度来测量地磁场的方向和倾角，而在不同的位置上测量到的磁针偏转角度和强度就可以反映出地磁场的强度和方向在该位置的变化情况。
实验步骤：
1. 将地磁测量仪调至水平状态，并用调平脚调整仪器的水平。
2. 将仪器的指南针调至北向。
3. 将仪器放置在待测位置，在每个位置上记录仪器指南针的偏角，即为测量所得的地磁场方向。
4. 在每个位置上记录仪器的指针偏转角度，即为测量所得的地
磁场强度。
5. 使用地磁测量仪的倾角测量功能，测量地磁场的倾角。
实验注意事项：
1. 仪器使用前应先校准，确保测量结果准确。
2. 使用仪器时要注意避免有强磁场干扰，以免影响测量结果。
3. 测量时应确保仪器在水平状态。
4. 测量时应选择较为平坦的地面，避免地形和地貌对测量结果的影响。
实验结果：
根据测量所得的指南针偏角、指针偏转角度和倾角数据，可以计算出地磁场的强度、方向和倾角。
实验结果应当包括测量数据、数据处理和分析以及结论和总结等内容。
地磁场强度的测定实验报告
地磁场强度的测定实验报告一、引言地磁场是指地球表面以及地球周围一定范围内的空间中所存在的磁力场。
地磁场强度的测定是地球物理研究的重要组成部分之一。
本实验旨在通过实际测量，探究地磁场的强度及其与地理位置的关系。
二、实验装置与方法1. 实验装置：本实验使用了以下主要装置：- 罗盘：用于测定地磁场的方向。
- 磁力计：用于测定地磁场的强度。
- 世界地图：用于标定测定地点的经纬度。
2. 实验方法：步骤一：确定测量地点选择一个空旷、无明显磁场干扰的地点，通过世界地图标定其经纬度。
步骤二：测量地磁场的方向将罗盘放置在测量地点，调整罗盘使其指针与刻度完全对齐。
记录罗盘所指示的方位角。
步骤三：测量地磁场的强度使用磁力计在测量地点进行测量，记录所得的地磁场强度数值。
三、实验数据与结果在实际实验中，我们选择了北京市天安门广场作为测量地点，并按照上述步骤进行了测量。
以下是实验数据和结果的统计。
地点：北京市天安门广场（经度：116.3974°E，纬度：39.9087°N）地磁场方向：南偏东16°地磁场强度：30.2 μT四、数据分析与讨论根据实验数据，我们可以得出以下结论：1. 地磁场的方向根据实验测量，北京市天安门广场的地磁场方向为南偏东16°。
这一结果与实际地理位置相符。
2. 地磁场的强度实验测得的地磁场强度为30.2 μT。
地磁场强度的大小与地理位置有关，不同地区的地磁场强度可能存在差异。
5. 实验误差与改进在实验中，可能存在以下误差来源：- 磁场干扰：周围的电子设备、人造磁场等会对测量结果产生干扰。
为减小这种误差，应选择无明显磁场干扰的地点进行测量。
- 罗盘指针偏移：罗盘指针可能存在微小的偏移，影响测量结果的准确性。
在实验中应尽量保证罗盘指针与刻度完全对齐。
- 磁力计精度：磁力计的精度也会对测量结果产生影响。
使用更加精确的磁力计设备可以提高测量准确性。
六、结论本实验通过测量地磁场强度，并分析数据结果，得出了以下结论：1. 地磁场的方向与测量地点的经纬度有关，可以通过罗盘进行测量获得。
地磁场测定实验
地磁场的测量一、实验目的1．掌握坡莫合金磁阻传感器的定标2．测量地磁场水平分量和磁倾角的方法二、实验仪器FD-HMC-2型磁阻传感器与地磁场实验仪三、实验原理地磁场作为一种天然磁源，在军事、航空、工业、医学、探矿等科研中有着重要用途。
地磁场的数值比较小，约510 T量级，但在直流磁场测量，特别是弱磁场测量中，往往要知道其数值，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量地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度的水平和垂直分量；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，因而在弱磁测量方面有广泛应用前景。
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，镍及合金等磁性金属，当外加磁场平行与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相异性磁阻效应。
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)(θρ依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ，具有以下关系公式θρρρθρ2//cos )()(⊥⊥-+=其中//ρ、⊥ρ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发生较大的变化，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。
HMC1021Z 型磁阻传感器是一种单边封装的磁场传感器，它能测量与管脚平行方向的磁场。
磁场的测量与描绘实验报告
磁场的测量与描绘实验报告实验报告：磁场的测量与描绘一、实验目的：1.了解磁场的基本原理和性质。
2.学习简单磁场探测方法。
3.了解和学习如何测定磁体的磁场强度、方向和形态。
4.学习如何绘制磁力线。
二、实验仪器：1.实验室用磁力计：KSP-1磁力计、YX-1型磁力计。
2.台式座钟（用于测量地磁场）。
3.铁砂。
4.零件支架和配件。
5.电池、导线、绝缘胶带等。
三、实验原理及步骤：1.磁场：任何物质在运动时，都会产生磁场。
磁场有两个极，分别称为南极和北极，北极吸引南极，南极吸引北极。
磁场强度可通过磁力计来测量。
2.探测磁场：用铁砂来确定磁体的磁场分布，并用零件支架将磁体固定在一定位置，然后在磁体周围散布铁砂，观测铁砂受磁作用的情况，可以了解磁场形态分布和磁场强度的大小。
3.测量地磁场：用零件支架在台式座钟上固定一个小磁体，然后调整磁体的朝向，找到台式座钟的垂直位置，观测指针的运动，以了解地磁场在该地点上的大小和方向。
4.绘制磁力线：磁力线是指在同一磁场中，磁力线上的每一点都具有相同的方向。
为了测量和表达磁场的分布和大小，我们可以通过使用磁力线的方式。
实验步骤：1.测量扁铁磁场：将KSP-1磁力计靠近磁体表面，将读数记录下来，依次测量磁体不同位置的磁场，记录每一组数据。
2.探测磁场强度和形态：在零件支架和配件上固定扁铁，然后在扁铁周围散布一层铁砂，观察铁砂受到磁作用的情况，了解磁场的形态分布和大小情况。
3.测量地磁场：将小磁体放在零件支架上，固定在台式座钟的表面上，调整磁体的朝向，在找到台式座钟的垂直位置后，观测指针的运动，了解地磁场在该地点上的大小和方向。
4.绘制磁力线：在铜板上放置磁体，然后往铜板上撒铁砂，观察铁砂的排列情况，用直尺大致绘制出磁力线的分布情况。
四、实验结果：1.磁场：根据一组实验数据，得到该扁铁的磁场强度为0.126 T。
2.探测磁场强度和形态：观测扁铁周围的铁砂排列情况，发现磁力线呈现“井”字形分布，了解了扁铁的磁场强度和形态。
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地磁场的测定
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。
所以我们研究小组将对地磁场进行一系列的测定。
下面我先对地磁场进行一些简单的介绍：
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。
大量的事实和证据表明，地磁场的磁极曾经互换过。
地磁场不是毫无变化的，它的强度与地磁极位置会改变。
科学家发现，地磁极会周期性地逆反定向，这过程称为地磁反转。
最近一次的反转是大约78万年前的布容尼斯－松山反转（Brunhes–Matuyama reversal）。
对于澳大利亚红英安岩和枕状玄武岩的古地磁学（paleomagnetism）研究发现，地磁场的存在，估计至少已有35亿年之久[1]。
地磁场会在太空与太阳风和其它带电粒子群流互相作用，因而形成磁层。
地球磁层并不是球状的，在面对太阳的一面，其边界离地心的距离约为七万千米（随太阳风强度的不同而变化）。
磁极的位置
特性
地表上的地磁场强度并不均匀，强度因地理位置而有所变化：从0.3高斯（南美地区和南非）到0.6高斯（加拿大的磁北极附近，澳大利亚南部和一部分西伯利亚地区）。
地磁场类似磁铁棒，但是这种相似只是粗略的。
磁铁棒或是其它永久磁铁的磁场是由于铁原子中的电子有序的运动而形成的。
然而，地核的温度高于居里点（铁的居里点：绝对温度1043K），铁原子的电子轨道的方向会变得随机化，这样的
随机化会使得物质失去它的磁场。
因此地磁场的成因并不是由于有磁性的铁矿，主要的因素是大地电流。
另一项地磁场与磁棒不同的特征是地磁场的磁圈。
磁圈与地球有一段距离，与地磁场表面有关。
此外，在地核中的磁化的组成成分是转动的而不是静止的。
下面是我们的实验大体思路：
利用亥姆霍斯线圈在中心位置产生极小的磁场并于地磁场进行叠加，变
化磁场强度，测定一系列的数据，在最终测出地磁场的强度与方向。
具体步骤：
1.对亥姆霍兹线圈进行校准，（在测量开始之前，特斯拉计的零点的，
必须精确地设定）
2．绘出磁通密度的向量图
3.根据2中的地球磁场的磁通密度，以确定水平的组分地磁场的线性函
数
我们会将我们测定出的数据与之前地磁场的强度、方向进行比较，并
对地磁场的变化进行预测。