Pagina documente » Politehnica » Elementele campului magnetic terestru si variatiile lor

Despre lucrare

lucrare-licenta-elementele-campului-magnetic-terestru-si-variatiile-lor
Aceasta lucrare poate fi descarcata doar daca ai statut PREMIUM si are scop consultativ. Pentru a descarca aceasta lucrare trebuie sa fii utilizator inregistrat.
lucrare-licenta-elementele-campului-magnetic-terestru-si-variatiile-lor


Cuprins

CUPRINS:
C a p i t ol u l 1
Elementele cimpului magnetic terestru si variatiile lor
i1. Elementele cimpului magnetic terestru
i2. Variatiile elementelor cimpului magnetic terestru
i3. Aparate pentru masurarea elementelor cimpului magnetic terestru
i) Metode si aparate pentru masurarea elementelor cimpului magnetic terestru
ii) Aparate pentru masurarea anomaliilor magnetice
iii) Aparate pentru inregistrarea variatiilor in timp ale cimpului magnetic terestru
C a p i t o l u l 2
Cimpul magnetic terestru
i1. Generalitati asupra cimpului magnetic terestru
i2. Metode de cercetare a cimpului geomagnetic
i3. Variatia seculara si paleogeomagnetismul
i4. Teorii ale cimpului magnetic principal
i5. Variatia diurna lunara L
i6. Perturbatii geomagnetice si fenomene geomagnetice individuale
i7. Unele fenomene terestre legate direct de fenomenele geomagnetice
i8. Perturbatiile geomagnetice si activitatea solara
i9. Teorii ale furtunilor magnetice
C a p i t o l u l 3
Aplicatiile practice ale magnetismului terestru
i 1. Introducere
i2. Proprietati magnetice ale rocilor
i3. Compase magnetice navale

EXTRAS DIN DOCUMENT

?C a p i t ol u l 1

Elementele campului magnetic terestru si variatiile lor

§1. Elementele campului magnetic terestru

Se stie ca un magnet care poate sa se roteasca, in jurul cen­trului sau de greutate ia intotdeauna, intr-un anumit loc pe suprafata Pamantului, o anumita pozitie. Acest fapt indica pre­zenta unei forte magnetice; daca aceasta experienta este repe­tata in diferite puncte pe suprafata globului terestru, se observa ca pozitia magnetului nu este aceeasi, ea diferind de la un punct la altul, ceea ce arata ca cel putin directia fortei magnetice a variat. Într-adevar, masuratori de precizie, efectuate cu aparate sensibile, arata ca nu numai directia dar si intensitatea acestei forte magnetice variaza de la un loc la altul. O regiune in care se poate detecta o forta magnetica se numeste camp magnetic. Masuratorile efec­tuate pe intreaga suprafata a Pamantului arata ca acesta poseda un camp magnetic a carui repartitie este, intr-o prima si groso­lana aproximatie, asemanatoare cu aceea a campului unui mag­net de dimensiuni mici in raport cu cele ale Pamantului si care ar fi asezat in centrul lui, axa acestui magnet fiind incli­nata, cu aproximativ 12° fata de axa de rotatie a globului. Polul sud al acestui magnet s-ar gasi in partea polului nord geografic al Pamantului. O imagine a distributiei campului magnetic terestru este data in fig. 1.

Liniile de forta ale campului magnetic ies din polul magnetic austral si intra prin polul magnetic boreal, iar campul magnetic este tangent 1a liniile de forta.

O prezentare simplificata a campului magnetic, data in fig. 2, pune in evidenta orientarea campului magnetic de-a lungul unei linii, de forta.

Se observa ca in emisfera boreala vectorul, care reprezinta campul magnetic este inclinat astfel incat se gaseste sub planul orizontal al punctului respectiv, iar in emisfera australa se afla deasupra acestui plan. Unghiul pe care vec­torul carnp magnetic il face cu planul orizontal se numeste incli­natie si se noteaza cu litera I. În­clinatia se socoteste, prin conven­tie, pozitiva in emisfera boreala, unde un magnet care poate sa se roteasca intr-un plan vertical in jurul centrului sau de greutate se asaza cu polul nord inspre Pamant si negativa in emisfera australa, unde acelasi magnet se aseaza cu polul sud spre Pamant.

Regiunile cu inclinatie pozitiva sunt separate de regiunile cu inclinatie negativa printr-o linie in lungul careia I=0 si care se numeste ecuator magnetic. Aceasta linie nu coincide cu ecuatorul geografic si nici nu are mersul regulat al acestuia, trecand fie pe la nord fie pe la sud de el. Evident, de-a lungul ecuatorului magnetic vectorul care reprezinta campul magnetic terestru se afla in planul orizontal al locului.

Punctele in care campul magnetic terestru este indreptat dupa verticala locului, unde deci acul magnetic se asaza ver­tical, se numesc poli magnetici. Pamantul are doi poli magnetici principali, care nu corespund cu polii geografici: unul in emi­sfera nordica, polul magnetic boreal si care, de fapt, este un pol magnetic sud si altul in emisfera sudica, polul magnetic austral, care de fapt este un pol magnetic nord (trebuie amintit faptul ca prin conventie se numeste pol sud la un magnet locul pe unde intra in acesta liniile de forta, iar pol nord se numeste locul pe unde aceste linii ies din magnet).

În fiecare punct de pe suprafata globului terestru campul magnetic poate fi descompus in componente. Cel mai obisnuit mod de a descompune campul magnetic terestru in componente este cel indicat in fig. 3.

S-a luat un sistem de axe de coordonate a carui axa Ox este orintata dupa directia, meridianului geografic al locului, axa Oy fiind orientata dupa directia paralelei, sensul pozitiv se socoteste spre nord si spre est. A treia axa a sistemului este orientata dupa verticala locului si are sensul pozitiv in jos. Daca deplasam originea coordo­natelor in punctul in care se efectueaza observatia asupra vecto­rului intensitatii campului magnetic terestru, pe care il vom nota de acum inainte cu T, acesta va lua in raport cu sistemul de coordonate stabilit o pozitie oarecare Ot. Proiectia acestui vector pe planul orizontal defineste asa-numita componenta orizontala a campului magnetic terestru notata cu H, iar proiectia pe axa Oz defineste asa-numita componenta ver­ticala notata cu Z.

Unghiul diedru pe care planul vertical care trece prin axa Ox, si care, asa cum am spus mai inainte, defineste directia nord astronomica, il face cu planul vertical care trece prin componenta orizontala a campului magnetic terestru se numeste declinatie si se noteaza cu D. Declinatia poate fi estica, daca planul ce contine com­ponenta orizontala se afla la est;de axa Ox si vestica daca se afla la vest de aceasta. Planul vertical ZOH, in care sunt continuti vectorii Z si H si deci si vectorul camp magnetic T, se numeste planul meridia­nului magnetic. In sfarsit, asa cum am mai aratat si mai inainte, unghiului dintre planul orizontal si directia vectorului camp magnetic total T se numeste, inclinatie.

Pentru studii teoretice sunt folosite de obicei componentele X,Y si Z, in care X si Y se obtin proiectand pe axa Ox si pe axa Oy componenta orizontala a campului magnetic terestru intre componentele definite mai sus se pot stabili usor (fig. 3) relatii care permit trecerea de la unele componente la altele. Aceste relatii sunt :

H = T·cos I ; Z = T·sin I = H·tg I

X = H·cos D ; Y = H·sin D

H2 = X2 + Y2 ; T2 = X2 + Z2 = H2 + Z2

tg D = ; tg I = =

§2. Variatiile elementelor campului magnetic terestru

Observatii facute asupra marimii elementelor camplui mag­netic terestru arata ca nici unul din ele nu ramane constant in timp, schimbanidu-si valoarea continuu de la o ora la alta si de la un an la altul. Elementele campului magnetic terestru pre­zinta insa si variatii de la un loc la altul pe suprafata Pamantului. Astfel, observatii ale elementelor facute in puncte situate intre ecuatorul magnetic si polul magnetic arata o variatie siste­matica a acestora, care se manifesta printr-o, descrestere a componentei orizontale si o crestere a componentei verticale si a inclinatiei, declinatia putand eventual sa ramana aceeasi, in general aceasta variatie in spatiu are un caracter monoton. Sunt insa regiuni, cu o suprafata mai mare sau mai mica, in care variatia elementelor intr-o deplasare de la un punct la altul nu mai are un caracter monoton, elementele putand varia intre limite largi si putand lua valori neasteptate. Acestea sunt asa numitele regiuni de anomalii ale campului :magnetic terestru. Despre fiecare dintre aceste feluri de variatii vom spune citeva cuvinte in cele ce urmeaza, ocupandu-ne mai indeaproape de ele in capitolele respective.

a. Variatii in legatura cu pozitia pe glob a punctului respectiv. Masuratori facute pe aproape intreaga suprafata a glo­bului au aratat o serie de regularitati ale campului magnetic terestru. Astfel, se observa o structura a acestui camp care tinde sa prezinte o simetrie in raport cu axa magnetica a Pamantului. Aceasta structura a campului magnetic terestru, asemanatoar cu cea a campului datorit unui magnet si corespunzand valorilor medii obtinute prin nivelarea valorilor masurate ale elementeilor campului magnetic terestru, poate fi reprezentata matematic prin functii sferice de coordonatele geografice ? si ? ale locului. Acesta este campul asa-numit regulat si corespunde ipotezei magnetizarii uniforme a Pamantului.

b. Variatii in legatura cu neomogeneitatile subsolului. Am spus mai sus ca, pentru a obtine campul regulat, valorile date de masuratori trebuie nivelate. Aceasta operatie este necesara, deoarece, datorita neomogenitatii distributiei rocilor in scoarta terestra, campul magnetizarii uniforme poate fi mascat de campul magnetic al rocilor. Acesta isi datoreste existenta fie magnetismului propriu al rocilor, magrietism remanent, fie fenome­nului de inductie din partea campului regulat si depinde deci de proprietatile magnetice ale rocilor, in comparatie cu camipul magnetic regulat, campul magnetic datorit distributiei rocilor in subsol este un camp magnetic anomal. Campul magnetic anomal se poate resimti pe suprafete mai mult sau mai putin intinse si variatia elementelor magnetice pe aceste suprafete depinde de dezvoltarea neomogeneitatilor din scoarta terestra.

Variatiile elementelor campului magnetic terestru pe aceste anomalii nu mai depind, evident, de coordonatele geografice ale punctului in care se face masuratoarea, ele fiind

functie numai de proprietatile magnetice ale rocilor care intra in com­pozitia subsolului si de felul cum sunt distribuite in scoarta te­restra aceste roci.

În aplicatiile practice ale magnetismului terestru tocmai aces­te anomalii ale campului magnetic terestru sunt interesante si de aceea este urmarita distributia valorilor elementelor magnetice pe suprafata considerata, ceea ce poate da indicatii asupra extin­derii si proprietatilor rocilor care constituie neomogeneitatea.

c. Variatii in timp ale elementelor campului magnetic terestru.

Înregistrarile zilnice ale valorilor elementelor campului magne­tic terestru intr-un singur loc, inregistrari care se fac in observatoarele magnetice, arata ca nici unul din aceste elemente nu este constant in timp. Observarea acestor variatii arata unele caracteristici pe care le vom discuta pe scurt aici, urmand a fi privite mai pe larg in capitolul 2 al acestei lucrari.

O cercetare a inregistrarilor obtinute intr-un interval de timp relativ scurt, de ordinul unei zile, pune in evidenta un caracter periodic al acestora; insa atat faza cat si amplitudinea variatiilor difera de la o zi la alta. Variatia aceasta, a carei perioada este de 24 ore a primit numele de variatie diurna.

Daca observatiile se prelungesc pe un interval mai lung de timp, de exemplu de citiva ani si se stabilesc pentru fiecare an valorile medii anuale ale elementelor, se constata usor o variatie cu un caracter monoton care este cunoscuta sub numele de variatie seculara. Ea este legata de fenomene necunoscute inca, ce se petrec in interiorul globului si se pare ca prezinta o perio­dicitate de cateva sute de ani.

Pe linga aceste variatii cu caracter periodic, in inregistrarile magnetice apar uneori variatii cu un caracter, la prima vedere haotic, care, cand sunt mai intense, mascheaza variatia diurna. Aceste variatii intamplatoare se numesc perturbatii magnetice, iar cind sunt mai intense sunt cunoscute sub numele de furtuni magnetice.

Daca se compara inregistrarile magnetice obtinute in acelasi timp, insa in locuri diferite, se observa diferente in variatia elementelor magnetice care depind de pozitia pe glob a locului in care s-a obtinut inregistrarea. Asa cum vom vedea in capitolul II, in care se studiaza mai amanuntit aceste variatii, ele sunt functie atit de timp cat si de coordonatele geografice ale locului unde se inregistreaza.

§3. Aparate pentru masurarea elementelor campului magnetic terestru

Consideratii generale. A masura o marime inseamna a o compara cu o alta marime de aceeasi natura, aleasa, in mod conventional, ca unitate. Totalitatea mijloacelor care dau posibilitatea de a se face aceasta comparatie formeaza ceea ce se numeste aparatura de masunare. Duspa procedeul utilizat, masuratorile pot fi directe, in acest caz comparandu-se marimea de masurat cu unitatea de masura, fie direct, fie prin intermediul unor aparate, sau indirecte, in care caz se masoara direct cateva marimi care sunt legate prin intermediul unor relatii de marimea de masurat. Atat masu­ratorile directe cat si cele indirecte pot fi relative sau absolute. Masuratorile relative constau din compararea marimii care trebuie masurata cu o marime de acelasi gen. In masuratorile absolute cantitatile care se masoara sunt: lungimea, masa si timpul.

Cum vom vedea, in cele ce urmeaza, in magnetismul terestru se folosesc atit metode de masurare absoluta, cit si metode de masurare relativa. O determinare completa a campului magnetic terestru intr-un anumit punct necesita atat cunoasterea directiei, cat si a intensitatii campului in acel punct. Directia campului magnetic este perfect determinata daca se cunosc inclinatia si declinatia, unghiuri care se exprima in grade sexagesimale. În ceea ce priveste intensitatea campului, ea este data prin intensi­tatea componentelor sale: componenta orizontala si cea verti­cala. Unitatea de masura pentru campul magnetic terestru .Este gaussul (unitate CGS e.m.) si se noteaza cu Gs. Fiind o unitate prea mare, pentru masurarea campului magnetic terestru se folo­seste o unitate de o suta de mii de ori mai mica si anume unitatea ? :

1? = 10-5 Gs.

În ceea ce priveste aparatura, ea poate fi clasificata din mai multe puncte de vedere. În cele ce urmeaza insa ne vom opri la urmatoarea clasificare: