第三章船用磁罗经

第三章 船用磁罗经

磁罗经是利用地磁场对磁针具有吸引力的现象而制成的一种航海指向仪器，可为船舶 指示航向，定位

和导航。

第一节磁的基本概念

一、 磁场

物体能吸引铁、镍、钴等物质的性质叫做磁性。磁铁具有同性磁极相斥，异性磁极相 吸的特性。

磁场是指磁场作用力所能达到的空间范围。磁场的性质可用“磁场强度”来描述，即 在一磁体的磁量

为 m 的磁场中，某点r 处的磁场强度为作用于放置在该点的单位正磁量所 受到的作用力。磁场强度通常用“ H ”表示，则磁场强度的表达式为：

H = m / r 2 ( 5-1)

磁场强度系一矢量，指向磁力线的切线方向。在电磁系单位中，磁场强度的单位为“奥”。 描述磁场

性质的物理量磁场强度与磁介质无关，当讨论一块磁介质内部或外部的磁场 强度时，除了要考虑外界已存在的磁场外，还要考虑磁介质被磁化后所产生的附加磁场， 我们把上述两种磁场强度之和称为磁感应强度 B ,即

B = H o + H /

(5-2) 式中Ho ――外磁场强度，H / ――附加磁场强度。 磁感应强度B 的单位，在国际单位制中 为“特”，在电磁单位制中为“高”

，1高=IO -4特。 若磁场中某一范围内，各点的磁场强度大小相等，方向一致，则该范围内的磁场称为 均匀磁场，位于

船体范围内的地磁场以及罗盘范围内的船磁场可视为均匀磁场。

二、 磁铁

目前所应用的各种磁铁均为人造磁铁，即用人工方法将镍、钴、钨等金属材料经磁化 而制成的。磁罗

经中均使用条形磁铁，如图 5 — 1所示。

条形磁铁的磁极主要集中在磁棒的两端，我们将磁性最强的地方称为磁极。一根自由 悬挂着的磁铁，

指向地磁北极的一端称为北极，用 表示；指向地磁南极的一端，称为南极，用“ 表示，并涂成蓝色或黄色等，其磁量用 -m 表 示。两磁极间的连线称为磁轴，同一磁铁两 磁极的磁量是

相等的。磁铁磁极的位置视磁 铁形状、金属材料、磁化过

程和磁化程度而 定，用L 表示磁铁的全长，通常认为南北

磁 极距磁铁两端为 L/12。 图5-1磁铁

一根磁铁磁性的大小除与外界磁化场的强弱有关外，还正比于磁铁材料磁导率和几何 尺寸。我们用磁

矩表示磁铁的磁性大小，磁矩是同名磁量与两磁极间距离的乘积，用字母 M 表示，即：

M=2ml “

N ”表示，并涂成红色，其磁量用 +m S ”

(5-3)

LI12 L/12 * m

式中m 为磁极的磁量，21为两磁极之间的距离。

磁矩的单位用电磁单位制通用符号 CGSM 表示。为了保持磁铁的磁性， 磁铁存放时应 避免受到高温，敲击或其它恒定磁场的影响，并应使磁铁异名极相靠。

三、磁铁的磁场强度

在磁铁周围各点的场强是比较复杂的。其大小和方向都会发生变

化，下面仅对与校正罗经自差有关的二种位置加以讨论。

1、磁铁磁轴延长线上某点的场强

设有单位正磁量位于具有磁量为 m 的磁铁的磁轴 延长线上的P i 点，

见图5— 2。该点与磁铁中心的距离 OP i =r ，磁铁两磁极间的半长为I 。

按磁铁强度的定义，磁铁北极和磁铁南级分别对

P i 点产生的作用力为 F N 和F s ，其合力为H i ,即

H i = F N + F s

( 5-4)

若磁铁的半长I 远小于距离r 时，合力H i 可近似为： H i = 2M / r 3

H i 的方向沿着磁轴延长线。罗经柜中垂直磁铁对罗经

的作用力即属此种位置。 2、磁铁磁轴垂直平分线上某点的场强

如图5—3所示，设有单位正磁量位于磁轴垂直平分线上的 点的距离为r ，由图可见，磁铁北极的作用力 F N 与南极的作用力F s 两者大小相等，但其方 向对称分布。力 F N 和F s 在磁轴垂直平分线上的投 影之和为零，而在平行于磁轴方向上的合力为：

H 2 = F N ,S COS a

当磁铁半长I 远小于r 时，H 2可近似为：

H 2 = M / r 3 (5-5)

H 2的方向与磁轴平行，并指向 S 端。 比较H 2与H i 两

式，不难看出，在相同条件 下，H 2之值是H i 的一半。罗经柜

中纵横校 正磁铁对罗经的作用力即属于 H 2。

四、磁性物质的磁化

自然界内的物质按其导磁能力的大小， 可分为磁性物质

和非磁性物质两大类。

i 、磁性物质

磁性物质又称为铁磁性物质，铁、镍、钴及其合金等金

属材料均属于磁性物质。磁性 物质的磁导率卩?i ,其值可达数

千乃至数万之巨。 磁性物质被磁化后可呈现出较强的磁性。

在B — H 曲线上，当外磁场 H 为零时，磁感应强度 B 并非为零，B=Br Br 称为剩磁。这 种B 的变化落后于H 变化的现象叫做磁滞现象。 为消除剩磁，必须加一反向磁场， 当使磁

感应强度B 降为零时，所加的反向磁场 H=Hc , Hc 称为矫顽力，它表示磁性物质抗去磁的 能力。

实验证明，铁磁体被磁化的极性与它相对于磁场的方向有关,

图5-2磁轴延长线上场强

P 2点，磁铁中心0点至P 2 图5-3磁轴垂线上场强 如图5— 4所示，即铁磁

体被磁化的磁极与原磁铁的极性刚好相反，磁 力线进去

一端为"S ”极，磁力线出去一端为

“N ”极。若外磁场方向与铁磁体纵轴相垂直， 则其退

磁系数为无穷大，铁磁体不能被磁化。

磁性物质按其保留磁性的大小，又可分为 硬铁和软

铁两类。硬铁磁性材料需由较强的外 磁场磁化，一经磁

化后，其剩磁可保留较长时间不易消失，亦即硬铁的特点是剩磁和矫顽 力均较大；而软铁磁性材料可在较弱磁场中被磁化，一旦外磁场消失，共磁性几乎也随之 消失，即软铁不保留磁性。软铁的特点是剩磁，矫顽力均较小。

实际上，硬铁和软铁很难严格地区分， 通常将矫顽H e 大于50奥的磁性材料视为硬铁， 如碳钢、钴

钢、钨钢及其合金等；矫顽力

H e 小于几奥的磁性材料视为软铁，如软铁、坡

莫合金、矽钢等。 2、非磁性物质

非磁性物质有金、银、铜、木、纸、铝、橡胶、玻璃等，其磁导率约为 1。非磁性材

料在磁场中被磁化后， 所产生的附加磁场甚微， 可予忽略，故可认为非磁材料不能被磁化。 因此在制造磁罗经时，为避免产生附加的磁性干扰，除了指向元件外，其余所有的材料均 采用非磁性材料。

五、地磁场

地球可认为是一个均匀磁化的球化，在其周围空间存在着磁场。地磁极位于地理南北 极附近，而且位

于地球深处。地磁极的地理位置是不固定的，逐年缓慢变化。

值得注意的是，南半球的南磁极具有正磁量，

而北半球的北磁极却具有负磁量， 因此， 围绕地球空间的磁力线是从南半球走向北半球的，

如图5—5所示。地面上任意一点的地磁 场方向，可用一根自由悬挂的顺着地磁总力 T 指向的磁针来测定。通过磁针磁轴的垂面，

称为该地的磁子午面，磁子午面与地理子午面的水平夹角，称为磁差（

Var ），如图5— 6 所示。

将地磁总力T 分解为作用于磁子午面的水平磁力 H 和垂直磁力Z ,即得:

H = Tcos 0 Z = Tsin 0 （5-6）

水平磁力H 和地磁总力T 之间的夹角0,称为磁倾角。在北半球。0角在水平面之下, 其符号定为

（+）;反之，在南半球，0角在水平面之上，其符号定为（ -）。在地球表面上, 磁倾角为零各点的连线称为磁赤道。自磁赤道向两极，磁倾角0逐渐增大，在磁北极，磁 倾角为+90°;在磁南极，磁倾角为 -90 °。将磁倾角为固定值点的连线称为磁纬度。

在水平磁力 H 的作用下，罗盘指向磁北。水平磁力在磁赤道外最大，约为 0.4 奥，而

图5— 5地磁场 图5—6地磁要素

图5—4铁磁体磁化

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