Campul magnetic terestru

Campul magnetic terestru

Pamantul este considerat intr-o prima aproximatie ca un magnet urias ce creeaza un camp magnetic cu distributie uniforma. Acest camp magnetic, numit camp geomagnetic, va determina orientarea intotdeauna pe aceeasi directie a unui ac magnetic suspendat in centrul sau de greutate.

Campul geomagnetic poate fi aproximat ca fiind campul unui dipol magnetic asezat in centrul planetei, axa sa formand un unghi de 12^o cu axa de rotatie a Pamantului, figura 8. Punctele in care axa dipolului inteapa suprafata Pamantului constituie polii magnetici; polul S (boreal) asezat in apropierea polului nord geografic si polul N (austral) situat in emisfera sudica. Liniile de inductie ale campului geomagnetic ies din emisfera sudica si intra in emisfera nordica a Pamantului.

Ansamblul fenomenelor magnetice care sunt legate de campul magnetic terestru poarta numele de magnetism terestru. Se considera ca structura complexa a magnetismului terestru este datorata suprapunerii a doua componente:

- un camp geomagnetic principal produs prin deplasarea curentilor termoelectrici de materie fluida localizati la limita nucleu - manta in interiorul Pamantului. Acest camp magnetic sufera variatii temporale foarte lente care prezinta o periodicitate de cateva sute de ani;

- un camp geomagnetic instantaneu suplimentar determinat de existenta particulelor incarcate electric din straturile superioare ale atmosferei (ionosfera). Aceasta componenta sufera variatii diurne destul de regulate, variatii ce se datoreaza rotirii, odata cu Pamantul, a particulelor electrice din atmosfera.

Elementele magnetismului terestru; campul magnetic terestru dintr-un anumit loc este definit de urmatoarele marimi:

- declinatia magnetica; reprezinta unghiul format de planul meridianului magnetic cu cel geografic si se poate determina cu ajutorul busolei de declinatie ;

- inclinatia magnetica care reprezinta unghiul format de vectorul inductie magnetica terestra cu planul orizontal si care se determina cu ajutorul busolei de inclinatie magnetica ;

- componenta orizontala a inductiei magnetice terestre. Inductia magnetica terestra are doua componente in planul meridianului magnetic: una verticala si alta orizontala , figura 9.

(1)

VI.8 Determinarea experimentala a componentei orizontale a campului magnetic terestru

Componenta orizontala a inductiei magnetice terestre este aceea care orienteaza acul magnetic in planul meridianului magnetic, iar componenta verticala determina in mod obisnuit unghiul de inclinatie. In mod obisnuit se masoara componenta orizontala a inductiei terestre. Acest lucru se realizeaza fie cu ajutorul busolei de tangenta, fie cu ajutorul magnetometrului.

Busola de tangenta este alcatuita dintr-un cadru circular, asezat intr-un plan vertical, pe care se afla bobinat un conductor electric, formand un numar de spire. In centrul cadrului se afla un ac magnetic, liber suspendat, prevazut cu un fir reticular fixat perpendicular pe ac, fir ale carui varfuri se misca in fata unui cerc orizontal, gradat astfel incat sa se poata citi direct unghiul pe care-l face acul magnetic cu planul cadrului. Cadrul se poate roti in jurul unei axe verticale fixate pe un suport cu trei picioare, prevazute cu suruburi. Intreg aparatul este prevazut cu o nivela cu apa, figura 10.

Daca cadrul este asezat in planul meridianului magnetic se disting urmatoarele situatii:

a) Prin spirele cadrului nu trece curent electric; acul magnetic se afla in planul meridianului magnetic, avand axa paralela cu componenta orizontala a inductiei magnetice terestre;

b) Prin cele N spire ale cadrului de raza R trece un curent de intensitate I. Atunci asupra acului magnetic va actiona, pe langa componenta orizontala a inductiei magnetice terestre si inductia magnetica creata de cadrul circular, aceasta din urma fiind perpendiculara pe componenta orizontala. Acul se va orienta dupa directia rezultanta , figura 11, facand un unghi cu directia componentei orizontale . Unghiul se citeste pe cadranul orizontal al busolei, tangenta lui fiind data de relatia:

(13)

Aplicand legea lui Biot-Savart, inductia magnetica B creata de cadrul circular, in centrul acestuia, este:

(14)

unde:

(15)

reprezinta permeabilitatea magnetica a vidului.

Folosind relatiile (2) si (3) se obtine expresia componentei orizontale :

(16)

Se poate astfel masura componenta orizontala a inductiei magnetice terestre daca se cunosc:

intensitatea curentului electric I care trece prin cadrul circular;

raza cadrului R si numarul de spire N;

tangenta unghiului de deviatie al acului magnetic.

In tara noastra componenta orizontala a inductiei magnetice terestre are valori cuprinse intre: in S-E si in N.

Scopul lucrarii In aceasta lucrare experimentala se urmareste determinarea componentei orizontale a magnetismului terestru, cu ajutorul busolei de tangenta.

Dispozitivul experimental

Acesta este compus din: busola de tangenta BT, un miliampermetru mA, un reostat R si un intrerupator bipolar K pentru a schimba sensul curentului electric in circuit. Instalatia se alimenteaza de la o sursa de curent continuu S.

Montajul utilizat este prezentat in figura 13. Acesta contine butonul B cuplat cu reostatul R cu care se vor stabili valorile intensitatii curentului electric prin circuit, miliampermetrul mA pe care se vor citi aceste valori, comutatorul K cu pozitiile stanga-centru-dreapta, si butonul P/O (pornit/oprit).

Modul de lucru

1.   Se stabileste orizontalitatea busolei din suruburile aflate pe suportul cu trei picioare;

2.   Cu comutatorul K in pozitia centrala, se lasa acul magnetic sa se orienteze dupa directia meridianului magnetic. Aceasta va corespunde pozitiei initiale a acului magnetic, respectiv deviatiei zero a firului reticular atasat acului magnetic, perpendicular pe directia acestuia;

3.   Se plaseaza comutatorul K in pozitia stanga;

4.   Se modifica intensitatea curentului electric din 5 in 5 mA pana la valoarea maxima de 40 mA. Se citeste pentru fiecare valoare a intensitatii curentului electric deviatia firului reticular;

5.   Se plaseaza comutatorul K in pozitia centrala, se aduce la zero valoarea intensitatii curentului electric si se restabileste deviatia zero a firului reticular;

6.   Se plaseaza comutatorul K in pozitia dreapta;

7.   Se repeta masuratorile pentru aceleasi valori ale intensitatii curentului electric, citindu-se deviatia corespunzatoare a firului reticular.

Datele experimentale se trec in urmatorul tabel:

Se construieste graficul: , care este o dreapta. Panta acesteia:

(17)

este folosita, conform relatiei (16), la determinarea componentei orizontale a inductiei magnetice terestre;

(18)

unde:

;