地磁场水平分量的测量解读

1、实验二十九地磁场水平分量的测量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

2、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NmSm与地球的旋转轴NS斜交一个角度0Q,e0 w 11.5。图1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

3、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极下倾图2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B称为垂直分量。故某一地点O的地 磁要素有：地磁场总磁感应强度B，磁倾角I，磁偏角D, 水平分量B/ ,垂直分量B，北向分量Bx，东向分量By。不难看出，它们是B在各个坐标体系中的坐标值，比如Bx,By,B就是实验二十九地磁场水平分量的测量B在直

4、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，在它们之间，存在着如下的变换关系：B = B/ - cos D, B = B/ - sin D, B = B/ tgl, B2 = B气 + B2y, B2 = B2 + B2,B（1）B = 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通常用磁偏角，磁倾角和水平分量B/三个独立要素。4.2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

5、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，亥姆霍兹图3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/两磁场所图4产生的磁力矩同时作用下偏离地磁子午面，与磁子午面

6、成一定的角度。，如 图4所示。（2）B由图可知奇一 =tgB亥姆霍兹线中点的磁场为.三（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，叩=4nx 10-7N/ A2将（29-2）式代入式得B/（4）8叩 NI , = 53/2 Rtg。实验二十九地磁场水平分量的测量,53/2 RB即7=飞词寸对=涎(5).53/2 RB式中K = 8叩N。对于同一个测量地点和给定的正切电流计，B，R和N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0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。，即能测得地磁的水平分量B值。5、实验内容：利用自制的正切电流计测量地磁场的水平分量。6、实验电路和测