intTypePromotion=1

Sách: La bàn từ hàng hải

Chia sẻ: 326159487 326159487 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:100

0
111
lượt xem
31
download

Sách: La bàn từ hàng hải

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sự tác dụng lẫn nhau của hai thanh nam châm đặt trong từ trường đều. * La bàn từ được đặt trong từ trường của trái đất. Trong quá trình xét coi từ trường của trái đất là đều, được tiến hành sử dụng một thanh nam châm thẳng đặt cố định trong thân la bàn, và một kim nam châm đặt trên chậu la bàn

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Sách: La bàn từ hàng hải

  1. Biªn so¹n : K.S NguyÔn v¨n Hßa HiÖu ®Ýnh : KS. TTr Bïi V¨n Vinh TS. TTr NguyÔn ViÕt Thµnh la bµn tõ Hµng H¶i ®¹i häc hµng h¶i 2006
  2. Môc lôc Trang 1 Bµi më ®Çu 3 Ch−¬ng 1 : Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ tõ tr−êng 1.1. Tõ tÝnh vµ nam ch©m 3 1.2. C−êng ®é tõ tr−êng cña nam ch©m th¼ng. 5 1.3. Sù t¸c dông lÉn nhau cña hai thanh nam ch©m ®Æt trong tõ tr−êng ®Òu. 8 1.4. VËt thÓ s¾t tõ - Ph−¬ng ph¸p luyÖn s¾t tõ thµnh nam ch©m. 11 1.5. Tõ tr−êng cña tr¸i ®Êt - ®é lÖch ®Þa tõ. 14 1.6. Nguyªn t¾c lµm viÖc cña la bµn tõ. 18 20 Ch−¬ng 2: Lý luËn ®é lÖch la bµn 2.1 Tõ tr−êng tµu- ®é lÖch la bµn tõ. 20 2.2. Ph−¬ng tr×nh Passon. 21 2.3. HÖ sè s¾t non. 25 2.4. C¸c lùc t¸c dông ®èi víi la bµn. 29 2.5. §é lÖch vµ c«ng thøc ®é lÖch c¬ b¶n. 35 2.6. Nguyªn lý ®é lÖch tµu nghiªng. 40 45 Ch−¬ng 3: La bµn tõ hµng h¶i vµ c¸c thiÕt bÞ khö ®é lÖch 3.1 CÊu t¹o la bµn tõ cña Liªn X«. 45 3.2. CÊu t¹o la bµn tõ cña NhËt B¶n. 53 3.3. KiÓm tra la bµn tõ. 59 3.4. §Æt la bµn tõ trªn tµu. 64 3.5. C¸c thiÕt bÞ khö ®é lÖch la bµn. 67 3.6. La bµn tõ hµng h¶i truyÒn mÆt sè. 82 3.7. TruyÒn mÆt sè vµ hÖ thèng truy theo. 87 89 Ch−¬ng 4: Ph−¬ng ph¸p khö ®é lÖch la bµn tõ 4.1. Sù cÇn thiÕt ph¶i khö ®é lÖch. 89 4.2. Nguyªn t¾c khö ®é lÖch la bµn. 89 4.3. X¸c ®Þnh ®Çu cña thanh nam ch©m khö ®é lÖch. 90 4.4. Ph−¬ng ph¸p Ery khö ®é lÖch la bµn. 91 4.5. Khö ®é lÖch c¶m øng. 96
  3. 4.6. Ph−¬ng ph¸p C« l«ng ga khö ®é lÖch la bµn. 98 4.7. So s¸nh −u nh−îc ®iÓm gi÷a hai ph−¬ng ph¸p Ery vµ c« l«ng ga. 102 4.8. Khö gÇn ®óng b»ng ph−¬ng ph¸p c« l«ng ga trªn hai h−íng ®i la bµn chÝnh 103 vu«ng gãc víi nhau. 4.9. Khö §é lÖch gÇn ®óng trªn hai h−íng tõ chÝnh ng−îc nhau. 104 4.10. Nh÷ng nguyªn nh©n lµm ®é lÖch b¸n vßng thay ®æi. 106 4.11. Khö ®é lÖch khi tµu thay ®æi vÜ ®é tõ. 108 4.12. Khö ®é lÖch khi tµu nghiªng. 109 112 Ch−¬ng 5: C«ng t¸c hiÖu chØnh la bµn vµ ph−¬ng ph¸p lËp b¶ng ®é lÖch cßn l¹i 5.1. Nh÷ng tr−êng hîp cÇn thiÕt ph¶i hiÖu chØnh la bµn 112 5.2. Thø tù khö c¸c lùc ®é lÖch 112 5.3. C«ng t¸c hiÖu chØnh la bµn tõ 114 5.4. Ph−¬ng ph¸p lËp b¶ng ®é lÖch cßn l¹i 115
  4. Bµi më ®Çu Sù ph¸t triÓn vµ tÇm quan träng cña la bµn tõ trªn tµu biÓn La bµn tõ lµ mét thiÕt bÞ hµng h¶i cã t¸c dông dïng ®Ó chØ h−íng ®i vµ x¸c ®Þnh vÞ trÝ tµu trªn biÓn. C¨n cø vµo tÝnh chÊt ®Þnh h−íng cña thµnh phÇn nh¹y c¶m theo h−íng kinh tuyÕn tõ. Con ng−êi ®· lîi dông tÝnh chÊt nµy ®Ó chÕ t¹o la bµn tõ ®Çu tiªn vµo cuèi thÕ kØ XII. La bµn ®−îc cÊu t¹o gåm mét tÊm s¾t tõ g¾n vµo mét chiÕc phao, ®−îc th¶ vµo trong mét chËu n−íc. §Çu thÕ kØ XIV, cÊu t¹o la bµn tõ ®−îc thay ®æi. Kim tõ cña la bµn ®−îc g¾n vµo mét chiÕc phao. C¶ phao vµ kim tõ ®−îc ®ì trªn mét ®Ønh kim trô th¼ng ®øng. Trªn mÆt phao ®−îc g¾n thªm mét vµnh trßn b»ng giÊy hoÆc b»ng ®ång, trªn ®ã ®−îc chia h−íng theo tõng ca vµ tõng ®é tõ 0O ®Õn 360O. Toµn bé hÖ thèng kim tõ ®−îc th¶ vµo mét chËu dung dÞch gåm cån vµ n−íc cÊt. Cuèi thÕ kØ XV, c¸c nhµ khoa häc hµng h¶i ®· ph¸t hiÖn ra kim la bµn kh«ng chØ chÝnh x¸c theo h−íng b¾c, nam thËt mµ chØ lÖch ®i mét gãc, gãc ®ã ®−îc gäi lµ ®é lÖch ®Þa tõ. Cuèi thÕ kØ XVIII cïng víi sù ph¸t triÓn cña ngµnh ®ãng tµu b»ng s¾t thÐp. La bµn tõ ®−îc trang bÞ trªn tµu, c¸c nhµ hµng h¶i ®· ph¸t hiÖn ra la bµn chØ h−íng mang sai sè lín. Nguyªn nh©n g©y ra sai sè la bµn lµ do ¶nh h−ëng cña tõ tr−êng s¾t thÐp trªn tµu t¸c dông vµo kim la bµn lµm kim la bµn chØ lÖch khái kinh tuyÕn tõ mét gãc, gãc nµy gäi lµ ®é lÖch riªng la bµn. §Ó khö bít gãc lÖch nµy, ng−êi ta ®−a thªm c¸c thiÕt bÞ khö vµo th©n la bµn. HiÖn nay trªn c¸c tµu hiÖn ®¹i, ngoµi la bµn tõ trªn tµu cßn ®−îc trang bÞ thªm nhiÒu thiÕt bÞ chØ h−íng hiÖn ®¹i kh¸c nh−: la bµn con quay, hÖ thèng ®Þnh vÞ toµn cÇu GPS, hÖ thèng SATELLITE COMPASS, ho¹t ®éng víi ®é chÝnh x¸c cao, song ®iÒu ®ã kh«ng lµm gi¶m vai trß cña la bµn tõ trªn tµu biÓn. Do −u ®iÓm ®Æc biÖt lµ ®é tin cËy rÊt cao nªn la bµn tõ ®−îc c¸c nhµ hµng h¶i gäi lµ la bµn chuÈn. NÕu thiÕu la bµn chuÈn trªn tµu, theo quy ph¹m cña ®¨ng kiÓm hµng h¶i th× tµu ®ã kh«ng ®ñ ®iÒn kiÖn ch¹y biÓn. 1
  5. Cïng víi sù ph¸t triÓn cña ngµnh hµng h¶i, la bµn tõ ngµy cµng ph¸t triÓn kh«ng ngõng. La bµn tõ truyÒn mÆt sè ra ®êi ®· ®−îc sö dông vµo ngµnh hµng h¶i. Nã cã t¸c dông truyÒn chØ sè h−íng ®i cña la bµn tíi m¸y l¸i tù ®éng ®Ó tù ®éng ®iÒu khiÓn tµu. C¸c lo¹i la bµn tõ ®−îc trang bÞ trªn tµu biÓn +La bµn chuÈn ®−îc ®Æt trªn boong th−îng +La bµn l¸i ®−îc ®Æt trong buång l¸i hoÆc ®−îc thay thÕ b»ng la bµn ®iÖn +La bµn xuång ®−îc ®Æt trªn xuång cøu sinh +La bµn l¸i sù cè ®−îc ®Æt trong buång l¸i sù cè §Æc ®iÓm cña la bµn tõ trang bÞ trªn tµu biÓn ViÖt Nam gåm nhiÒu lo¹i NhËt, Liªn X«, §øc, Trung Quèc v.v. VÒ cÊu t¹o la bµn c¬ b¶n gièng nhau, cßn c¸c thiÕt bÞ khö tuú theo tõng lo¹i la bµn, tõng n−íc s¶n xuÊt ®−îc bè trÝ kh¸c nhau. Gi¸o tr×nh la bµn tõ nµy sÏ giíi thiÖu c¬ b¶n vÒ lý thuyÕt, cÊu t¹o vµ ph−¬ng ph¸p khö ®é lÖch la bµn. Ngoµi ra gi¸o tr×nh cßn giíi thiÖu s¬ l−îc vÒ nguyªn lý cÊu t¹o la bµn truyÒn mÆt sè. Gi¸o tr×nh nµy lµm tµi liÖu nghiªn cøu vµ häc tËp cho sinh viªn §¹i häc Hµng h¶i ngµnh §iÒu khiÓn tµu biÓn, ®ång thêi cã thÓ lµm tµi liÖu nghiªn cøu vµ tham kh¶o cho nh÷ng ng−êi lµm c«ng t¸c hµng h¶i, c«ng t¸c ®¸nh c¸ trªn biÓn. MÆc dï ®· cã rÊt nhiÒu cè g¾ng song gi¸o tr×nh nµy kh«ng tr¸nh khái thiÕu sãt rÊt mong ®−îc sù ®ãng gãp vµ phª b×nh cña b¹n ®äc. Xin ch©n thµnh c¶m ¬n Ng−êi biªn so¹n: NguyÔn V¨n Hßa Bé m«n Hµng h¶i - Khoa §iÒu khiÓn tµu biÓn 2
  6. Ch−¬ng 1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ tõ tr−êng Ch−¬ng 1 kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ tõ tr−êng 1.1 Tõ tÝnh vµ nam ch©m 1.1.1 Kh¸i niÖm. Bé phËn chÝnh cña la bµn tõ lµ thµnh phÇn nh¹y c¶m. Thµnh phÇn nh¹y c¶m gåm c¸c thanh nam ch©m vÜnh cöu, chóng kÕt cÊu víi nhau thµnh mét hÖ thèng gäi lµ hÖ thèng kim tõ. Lùc ®Þnh h−íng cña thµnh phÇn nh¹y c¶m ®−îc ph¸t sinh d−íi sù ¶nh h−ëng cña tõ tr−êng tr¸i ®Êt. Tõ tr−êng cña tr¸i ®Êt ®−îc h×nh thµnh do sù cÊu t¹o vµ ho¹t ®éng cña lßng ®Êt gåm nhiÒu má quÆng, kim lo¹i. Nh÷ng lo¹i quÆng hót ®−îc m¹t s¾t gäi lµ s¾t tõ. C¸c lo¹i vËt thÓ kh¸c cã tÝnh chÊt nh− trªn: s¾t, thÐp vµ mét sè hîp kim cã tÝnh chÊt tõ ®−îc luyÖn tõ theo ph−¬ng ph¸p nh©n t¹o. Nh÷ng vËt thÓ cã tõ tÝnh nh− vËy gäi lµ nam ch©m. VËy nh÷ng vËt thÓ hót ®−îc s¾t, thÐp gäi lµ vËt thÓ cã tõ tÝnh. S¾t, thÐp mang tõ tÝnh gäi lµ nam ch©m. Nam nam ch©m gåm hai lo¹i: - Nam ch©m tù nhiªn - Nam ch©m nh©n t¹o. 1.1.2 TÝnh chÊt cña nam ch©m. Gi¶ sö ®−a mét thanh s¾t Fe2O3vµo trong mét tõ tr−êng, sau mét thêi gian thÝch hîp ®−a thanh s¾t ra khái tõ tr−êng, trong thanh s¾t tån t¹i mét l−îng tõ d− lµm thanh s¾t trë thµnh nam ch©m vÜnh cöu cã nh÷ng tÝnh chÊt sau: - Thanh nam ch©m cã 2 ®iÓm tËp trung tõ lùc m¹nh nhÊt gäi lµ tõ cùc. Tõ cùc c¸ch ®Çu thanh nam ch©m 1 kho¶ng b»ng 1/12 cña 2 (2l lµ kho¶ng c¸ch 2 cùc thanh nam ch©m). - §−êng ®i qua hai tõ cùc gäi lµ trôc tõ. - Bé phËn gi÷a thanh nam ch©m kh«ng cã tõ tÝnh gäi lµ phÇn trung tÝnh. Treo thanh nam ch©m b»ng mét sîi chØ th× mét ®Çu thanh nam ch©m quay vÒ h−íng b¾c ®Þa lý ng−êi ta quy ®Þnh ®ã lµ ®Çu b¾c (N) s¬n mµu ®á, cßn ®Çu kia thanh nam ch©m lµ ®Çu nam (S) s¬n mµu xanh (mang tÝnh chÊt gi÷ h−íng). - Hai ®Çu thanh nam ch©m cïng tªn th× ®Èy nhau kh¸c tªn th× hót nhau. - Tõ cùc nam ch©m kh«ng thÓ c¾t rêi ®−îc, ta c¾t mét thanh nam ch©m thµnh nhiÒu ®o¹n th× mçi ®o¹n thµnh mét nam ch©m míi. 1/12 1/12 2l S(- ) (+)N • • Tõ cùc Tõ cùc PhÇn trung tÝnh H×nh 1.1 VÞ trÝ tõ cùc trªn thanh Nam ch©m 3
  7. Ch−¬ng 1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ tõ tr−êng 1.1.3 Søc tõ, tõ khèi , m« men tõ. - Søc tõ: Lùc ®Èy vµ lùc hót gi÷a hai cùc gäi lµ søc tõ. Quy ®Þnh søc t¸c dông cùc cïng tªn lµ (+) vµ søc t¸c dông gi÷a hai cùc kh¸c tªn lµ (-). - Tõ khèi cña nam ch©m lµ khèi l−îng tõ chøa ë hai cùc cña nam ch©m. Ký hiÖu: m * Chó ý : Søc tõ vµ tõ khèi cña thanh nam ch©m cã dÊu ng−îc nhau, trÞ sè tuyÖt ®èi b»ng nhau. - M« men tõ : M lµ tÝch sè gi÷a tõ khèi cña nam ch©m víi kho¶ng c¸ch hai cùc : Ta cã c«ng thøc: M = 2mL (1.1) Trong hÖ thèng : cm, gam , gi©y, ®¬n vÞ m« men tõ lµ : CgsM - §Þnh luËt Cul«ng : Qua thÝ nghiÖm Cul«ng chøng minh lùc t¸c dông gi÷a hai cùc cña 2 thanh nam ch©m tû lÖ thuËn víi tÝch sè tõ khèi cña chóng vµ tû lÖ nghÞch b×nh ph−¬ng kho¶ng c¸ch gi÷a hai tõ khèi. Ta cã: m1 m2 F= (1.2) µd 2 m1 , m2 lµ khèi l−îng tõ chøa ë hai cùc cña thanh nam ch©m . d lµ kho¶ng c¸ch gi÷a hai cùc tõ. µ : lµ hÖ sè dÉn tõ phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn m«i tr−êng : µ = 1 : m«i tr−êng trong ch©n kh«ng . µ < 1 : m«i tr−êng ph¶n tõ lùc t¸c dông lín h¬n trong ch©n kh«ng . µ > 1 : m«i tr−êng thuËn tõ lùc t¸c dông nhá h¬n trong ch©n kh«ng . 1.1.4 Tõ tr−êng - C−êng ®é tõ tr−êng - §−êng søc tõ . 1.1.4.1 Tõ tr−êng - Tõ tr−êng cña thanh nam ch©m lµ kho¶ng kh«ng gian bao quanh nam ch©m mµ ë ®ã cã tõ lùc t¸c dông. Trªn h×nh vÏ ta thÊy tõ tr−êng cña S N mét thanh nam ch©m th¼ng. NÕu trªn tÊm b×a c¸c t«ng ®−îc ®Æt trªn mét thanh nam ch©m, ta r¾c trªn ®ã c¸c m¹t s¾t ®ång thêi rung nhÑ cho c¸c H×nh 1.2 §−êng søc tõ m¹t s¾t di chuyÓn, th× d−íi t¸c dông cña tõ tr−êng c¸c m¹t s¾t ®−îc ph©n bè theo quy luËt cã d¹ng ®−êng cong. §−êng cong ®ã gäi lµ ®−êng søc tõ (h×nh 1.2). 4
  8. Ch−¬ng 1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ tõ tr−êng 1.1.4.2 C−êng ®é tõ tr−êng Gi¸ trÞ c¬ b¶n biÓu thÞ ®Æc tÝnh cña tõ tr−êng lµ c−êng ®é tõ tr−êng ký hiÖu lµ H. VËy c−êng ®é tõ tr−êng t¹i mét ®iÓm lµ mét lùc t¸c dông lªn 1 ®¬n vÞ tõ khèi (+) ®Æt t¹i ®iÓm ®ã. Ta cã c«ng thøc sau : F (1.3) H= m - BiÓu thÞ: NÕu tõ cùc cã tõ khèi lµ 1 ®¬n vÞ t¹i 1 ®iÓm trong tõ tr−êng bÞ t¸c dông bëi lùc F Trong hÖ thèng C.g.s.M , ®¬n vÞ H lµ Erstet ký hiÖu Oe. Trong ®¬n vÞ quèc tÕ, ®¬n vÞ c−êng ®é tõ tr−êng ®−îc tÝnh lµ Ampemet (A/M) . 1A/M = 4π.10-3Oe . r -VÐc t¬ c−êng ®é tõ tr−êng ( H ) lu«n tiÕp tuyÕn víi ®−êng søc tõ. 1.1.4.3 §−êng søc tõ - §−êng søc tõ lµ mét ®−êng nèi liÒn gi÷a c¸c h−íng cña c−êng ®é tõ tr−êng t¹i c¸c ®iÓm, trong tõ tr−êng ®Òu ®−êng søc cã d¹ng ®−êng th¼ng, trong tõ tr−êng kh«ng ®Òu ®−êng søc cã d¹ng cong. (h×nh 1.2) -Trong thùc tÕ hµng h¶i cho phÐp coi tõ tr−êng cña tr¸i ®Êt ë kh«ng gian tµu chiÕm chç lµ tõ tr−êng ®Òu. Víi gi¶ thiÕt nh− vËy ®¬n gi¶n rÊt nhiÒu cho viÖc nghiªn cøu la bµn . - §−êng søc tõ lu«n ®i vµo ë cùc nam (S) vµ ®i ra ë cùc b¾c (N). *Chó ý : Sù biÕn d¹ng cña ®−êng søc : + Trong tõ tr−êng thanh nam ch©m ®Æt mét vËt liÖu b»ng kim lo¹i th× ®−êng søc tõ bÞ biÕn d¹ng. Chøng tá gióp ta gi¶ thÝch ë nh÷ng khu vùc cã nhiÒu má quÆng kim lo¹i cã kh¶ n¨ng nhiÔm tõ m¹nh sÏ lµm cho d−êng søc tõ cña tõ tr−êng tr¸i ®Êt biÕn d¹ng m¹nh dÉn ®Õn hiÖn t−îng nhiÔu lo¹n tõ, thËm trÝ sinh ra b·o tõ g©y tæn thÊt nÆng cho c¸c thiÕt bÞ ®iÖn, tr¹m biÕn ¸p ®iÖn trªn bê còng nh− c¸c thiÕt bÞ ®iÖn trªn tµu.v.v... + §−êng søc kh«ng xuyªn qua h×nh trô rçng b»ng kim lo¹i nªn tÇu ngÇm kh«ng ®Æt ®−îc la bµn v× ë ®©y la bµn tõ kh«ng cã kh¶ n¨ng ®Þnh h−íng. 1.2 C−êng ®é tõ tr−êng cña nam ch©m th¼ng Trong la bµn tõ ng−êi ta sö th−êng sö dông c¸c thanh nam ch©m th¼ng, cã tiÕt diÖn vu«ng hoÆc trßn. Nh÷ng thanh nam ch©m nh− vËy th× trôc tõ th−êng trïng víi trôc h×nh häc cña nã. Sau ®©y ng−êi ta nghiªn cøu ba tr−êng hîp c−êng ®é tõ tr−êng cña thanh nam ch©m th¼ng t¸c dông lªn mét ®iÓm. Ba tr−êng hîp nµy th−êng phæ biÕn trªn tµu nh− sau . 1.2.1 XÐt c−êng ®é tõ t¹i mét ®iÓm ë trªn ®−êng trung trùc cña thanh nam ch©m. - XÐt thanh nam ch©m th¼ng NS cã tõ khèi lµ ± m. Kho¶ng c¸ch 2 cùc lµ 2l. XÐt ®iÓm B trªn ®−êng trung trùc thanh NS cã tõ khèi +1 ®¬n vÞ. 5
  9. Ch−¬ng 1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ tõ tr−êng Kho¶ng c¸ch OB = d. Gi¶ thiÕt d >> l . - Gäi c−êng ®é tõ tr−êng cña thanh nam ch©m t¸c dông lªn ®iÓm B lµ H1, gäi lùc t¸c dông 2 cùc lªn ®iÓm B lµ FN vµ FS hîp lùc cña hai lùc nµy lµ : r r r FN H 1 = FN + FS . ¸p dông ®Þnh luËt Cul«ng ta cã : B H1 m FN = FS = Fs d (d + l 2 ) 2 XÐt vÒ ®é lín : S N θ (-)m (+)m o H1 = FNcosθ + FScosθ = cosθ(FS+FN). 2l MÆt kh¸c ta cã : H×nh 1.3 l l 2m 2ml M M cosθ = ⇒ H1 = )= = = ( 2 2 l2 d +l 2 2 2 2 (d 2 + l 2 ) 3 2 d +l d +l l3 d 3 (1 + 2 ) 3 / 2 d 6 (1 + ) d d2 l2 M Tõ gi¶ thiÕt d>>l ⇒ ≅0 ⇒ H1 = . d2 d3 VËy vÐc t¬ c−êng ®é tõ tr−êng H1 cã h−íng song song víi trôc thanh nam ch©m vµ cã chiÒu h−íng vÒ cùc S. l2 *Chó ý : NÕu ®iÓm A n»m gÇn trung t©m thanh nam ch©m th× tû sè 2 kh«ng ®−îc bá d qua vµ trong tr−êng hîp ®ã ta tÝnh to¸n theo c«ng thøc gÇn ®óng sau : 3l 2 M (1.4) H 1 = 3 (1 − 2 ) d 2d l 2 −3 / 2 Cã ®−îc c«ng thøc trªn khi ta ®· triÓn khai thµnh phÇn (1 + 3 ) thµnh chuçi vµ lÊy d hai sè h¹ng ®Çu. 1.2.2 C−êng ®é tõ tr−êng cña thanh nam ch©m t¸c dông lªn mét ®iÓm trªn ®−êng trôc tõ (H×nh 1.4) - XÐt thanh nam ch©m th¼ng NS cã tõ khèi lµ ± m .(H×nh 1.4) Kho¶ng c¸ch 2 cùc lµ 2l. 1/12 1/12 Tõ khèi ®iÓm A +1 ®¬n vÞ . 2l A N S Kho¶ng c¸ch tõ A ®Õn trung FS FN O t©m thanh nam ch©m OA = d. Gi¶ d thiÕt d>>L. - XÐt c−êng ®é tõ tr−êng t¸c H×nh 1.4 dông lªn ®iÓm A lµ H2: Ta gäi lùc tõ t¸c dông cña cùc N lµ FN, cùc S lµ FS . Theo ®Þnh luËt cu l«ng ta cã: 6
  10. Ch−¬ng 1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ tõ tr−êng +m −m FN = ; FS = . (d − l ) 2 (d + l ) 2 r r r +m −m ⇒ H2 = FN + FS = + . H 2 = FN + FS 2 (d + l ) 2 (d − l ) m ( d + l ) 2 − m( d − l ) 2 d 2 + 2dl + l 2 − d 2 + 2dl − l 2 . H2 = =m (d 2 − l 2 ) 2 l2 2 4 d (1 − 2 ) d 4mld 2M H2 = = 2 l2 l d 4 (1 − 2 ) 2 d 3 (1 − 2 ) 2 d d l2 2M rÊt nhá cho nªn ta cã thÓ bá qua ⇒ H 2 = 3 d2 d - M lµ m« men tõ cña thanh nam ch©m. VËy vÐc t¬ c−êng ®é tõ tr−êng H2 cã ph−¬ng trïng víi ph−¬ng cña trôc däc thanh nam ch©m, chiÒu tõ ®Çu N ®i ra. l2 *Chó ý : NÕu ®iÓm A ë gÇn thanh nam ch©m th× kh«ng ®−îc bá qua thµnh phÇn 2 khi d ®ã ta tÝnh theo c«ng thøc : l2 2M (1.5) H 2 = 3 (1 + 2 2 ) d d l2 C«ng thøc nµy ®· ®−îc khai triÓn thµnh phÇn (1 − 2 ) − 2 thµnh chuçi vµ chØ lÊy hai sè d h¹ng ®Çu. 1.2.3 C−êng ®é tõ tr−êng cña thanh nam ch©m th¼ng t¸c dông lªn mét ®iÓm n»m ë vÞ trÝ bÊt kú.(H×nh 1.5) H - XÐt thanh nam ch©m NS cã tõ khèi ± m, H1 H2 kho¶ng c¸ch gi÷a hai cùc lµ 2l . XÐt ®iÓm C ë vÞ trÝ bÊt kú cã tõ khèi +1®¬n vÞ, gäi kho¶ng c¸ch OC = d C d, gi¶ thiÕt d>>l . Gi¶ sö thanh nam ch©m NS cã m« M2 φ men lµ M. Ta chiÕu vÐc t¬ M lªn 2 h−íng OC vµ (+)m - (m) h−íng vu«ng gãc víi OC ta ®−îc M1vµ M2 b»ng N S M1 c¸ch ®ã ta thay thanh nam ch©m NS thµnh 2 thanh nam ch©m N'S' vµ N"S". Mét thanh N'S' cã ®iÓm C H×nh 1.5 n»m trªn ®−êng trung trùc. Mét thanh N"S" cã ®iÓm C n»m trªn ®−êng trung trùc . Tõ h×nh vÏ ta cã : M1 = M.sinφ ; M2 = M.cosφ. ë ®©y φlµ gãc hîp bëi gi÷a trôc thanh NS vµ h−íng OC . 7
  11. Ch−¬ng 1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ tõ tr−êng - C−êng ®é tõ tr−êng thanh nam ch©m N'S' t¸c dông lªn ®iÓm C lµ H1. Theo chøng minh phÇn b ta cã : M1 M sin ϕ . H1 = = d3 d3 - C−êng ®é tõ tr−êng thanh nam ch©m N"S"t¸c dông lªn ®iÓm C lµ H2 . Ta cã : 2M 2 2M = 3 cos ϕ H2 = d3 d Tæng hîp H1 vµ H2 cã c−êng ®é tõ tr−êng H g©y ra ë ®iÓm C lµ : r r r M M H V = H 1 + H 2 ⇒ ®é lín th× H2V = ( 3 sin ϕ ) 2 + ( 3 cos ϕ ) 2 d d M H2V = ( 3 ) 2 .(sin 2 ϕ + 4 cos 2 ϕ ) d M H2V = ( 3 ) 2 .(1 − cos 2 ϕ + 4 cos 2 ϕ ) d M ⇒ H V = 3 1 + 3 cos 2 ϕ . (1.6) d 1.3. Sù t¸c dông lÉn nhau cña hai thanh nam ch©m ®Æt trong tõ tr−êng ®Òu. * La bµn tõ ®−îc ®Æt trong tõ tr−êng cña tr¸i ®Êt. Hd Trong qu¸ tr×nh xÐt coi tõ tr−êng cña tr¸i ®Êt lµ ®Òu, H ®−îc tiÕn hµnh sö dông mét thanh nam ch©m th¼ng ®Æt +mH δ cè ®Þnh trong th©n la bµn, vµ mét kim nam ch©m ®Æt trªn n A chËu la bµn cã kh¶ n¨ng quay quanh träng t©m cña nã. §Ó ®¬n gi¶n ta biÓu diÔn thanh nam ch©m vµ kim nam 2l ch©m d−íi d¹ng s¬ ®å (H×nh 1.6). NÕu kim nam ch©m NS cã m« men lµ 2ml, ®Æt trong tõ tr−êng ®Òu cã c−êng ®é tõ tr−êng H , th× chóng chÞu t¸c -mH dông cña hai lùc lµ +mH vµ -mH (H×nh 1.6). C¸c lùc H×nh 1.6 +mH , -mH t¹o víi nhau thµnh mét ngÉu lùc víi c¸ch tay ®ßn lµ NA . NA = 2lsinδ D−íi t¸c dông cña m« men quay nµy, kim nam ch©m sÏ quay vµ ®Þnh h−íng däc theo r h−íng cña vÐc t¬ c−êng ®é tõ tr−êng H . Gi¸ trÞ m« men quay ký hiÖu lµ P ®−îc tÝnh theo c«ng thøc . P = 2lmHsinδ (4) (1.7) 8
  12. Ch−¬ng 1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ tõ tr−êng Gi¶ sö t¹i mét vÞ trÝ nµo ®ã trong kh«ng gian xung quanh kim nam ch©m ta ®Æt mét thanh nam ch©m th¼ng N-S cè ®Þnh , cã m« men tõ lµ M (h×nh 1.7) . +mH H H δ Ψ-δ N +mH2 N +mH1 ϕ o -mH1 S -mH2 S -mH H×nh 1.7 C−êng ®é tõ tr−êng cña thanh nam ch©m N-S ë träng t©m cña thanh nam ch©m ta tÝnh ®−îc theo c«ng thøc ®· nghiªn cøu ë 1.2 . 2M M vµ H 2 =cos ϕ sin ϕ H1 = d3 d3 r r - ë ®©y H 1 cã h−íng vu«ng gãc víi ®−êng 001vµ H 2 cã h−íng song song víi 001. Do vËy lùc t¸c dông cña thanh nam ch©m N-S lªn kim nam ch©m cã thÓ tÝnh ®−îc lµ: ± mH1 vµ ± mH2 c¸c lùc nµy t¹o ra nh÷ng ngÉu lùc vµ ®−îc tÝnh theo c«ng thøc (1.7) lµ : 2lmH1cos(ψ -δ) vµ 2lmH1sin(ψ -δ) . TÝnh tÊt c¶ 3 m« men lµm quay kim nam ch©m vµ tæng hîp l¹i ta cã : 2lmHsinδ-2lmH1cos(ψ-δ) - 2lmH2sin(ψ-δ) = 0 hay : Hsinδ-H1cos(ψ-δ) - H2sin(ψ-δ) = 0 . Thay gi¸ trÞ H1 vµ H2 vµo ta cã ®iÒu kiÖn to¸n häc c©n b»ng cña kim nam ch©m : M 2M Hsinδ- sin φ.cos(ψ-δ) - 3 cosφsin(ψ-δ) = 0 (1.8) 3 d d D−íi ®©y ta nghiªn cøu 2 tr−êng hîp ®Æc biÖt vÒ lùc t¸c dông lÉn nhau cña kim nam ch©m vµ thanh nam ch©m th¼ng d−íi t¸c dông cña tõ tr−êng ®Òu H - vÞ trÝ Gay-lys-S¾c thø nhÊt vµ thø hai . + VÞ trÝ Gay-Lys-S¾c thø nhÊt. Trôc cña thanh nam ch©m n»m vu«ng gãc víi h−íng tõ tr−êng ®Òu H hay träng t©m cña kim nam ch©m n»m trªn ®−êng trôc cña thanh nam ch©m. VÞ trÝ nµy t−¬ng øng víi vÞ trÝ nam ch©m khö ®é lÖch tµu nghiªng trong th©n la bµn tõ. Trong tr−êng hîp nµy gãc φ = 0, ψ = 90o. Thay gi¸ trÞ nµy vµo biÓu thøc (1.8) ta cã: 2M Hsinδ - cosδ = 0 d3 9
  13. Ch−¬ng 1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ tõ tr−êng 2M hay H= cotgδ (1.9) d3 H H δ N ψ = 90 d H2 O O1 s H×nh 1.8 C«ng thøc (1.9) dïng trong thùc tiÔn ®Ó x¸c ®Þnh thµnh phÇn n»m ngang cña tõ tr−êng tr¸i ®Êt . §Ó x¸c ®Þnh H ta tiÕn hµnh nh− sau : ®Æt mét thanh nam ch©m th¼ng cã m« men tõ M , ë trong tõ tr−êng tr¸i ®Êt H . Trªn kho¶ng c¸ch d ®· biÕt ®Æt mét kim nam ch©m ë vÞ trÝ Gay- Lys-S¾c thø nhÊt , ®o gãc lÖch δ cña kim nam ch©m theo c«ng thøc (1.9) ta tÝnh ®−îc H. C«ng thøc (1.9) còng ®−îc sö dông ®Ó tÝnh M«men tõ cña thanh nam ch©m th¼ng khi ®· biÕt tõ tr−êng H, kho¶ng c¸ch d, gãc lÖch δ. TÝnh M«men tõ M tõ c«ng thøc (1.9). 1 H Hd 3tg δ. H= 2 δ N +VÞ trÝ Gay-Lys-S¾c thø hai : Thanh nam ch©m ®Æt vu«ng gãc víi tõ tr−êng H hay O1 H1 träng t©m kim nam ch©m n»m trªn ®−êng vu«ng gãc víi trôc thanh nam ch©m vµ ®i qua S trung ®iÓm cña thanh . VÞ trÝ nµy t−¬ng øng ψ víi vÞ trÝ nam ch©m khö ®é lÖch b¸n vßng N S O (h×nh 1.9). H×nh 1.9 + Trong tr−êng hîp nµy φ = 90o , ψ = 0 thay φ vµ ψ vµo biÓu thøc c©n b»ng cña kim nam ch©m ta cã : M M (1.10) . H sin δ − cos δ = 0 ⇒ H = 3 cot gδ = 0 3 d d C«ng thøc (1.10) dïng ®Ó x¸c ®Þnh thµnh phÇn tõ tr−êng cña qu¶ ®Êt vµ m« men tõ thanh nam ch©m . 10
  14. Ch−¬ng 1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ tõ tr−êng 1.4 VËt thÓ s¾t tõ - Ph−¬ng ph¸p luyÖn s¾t tõ thµnh nam ch©m 1.4.1 TÝnh chÊt cña vËt thÓ s¾t tõ . TÊt c¶ c¸c chÊt tuú theo gi¸ trÞ ®é tõ thÈm µ cña chóng mµ ng−êi ta cã thÓ chia ra thµnh 3 lo¹i: - C¸c chÊt ph¶n tõ , øng víi µ < 1. - C¸c chÊt thuËn tõ , øng víi µ > 1. - C¸c chÊt s¾t tõ , øng víi µ >> 1. 1.4.1.1 C¸c chÊt s¾t tõ . C¸c chÊt s¾t tõ cã ®é tõ thÊm rÊt lín (µ >> 1), nªn nã cã kh¶ n¨ng tõ ho¸ ®Æc biÖt . Kh¶ n¨ng tõ ho¸ ®Æc biÖt cña vËt thÓ s¾t tõ cã thÓ ®−îc gi¶i thÝch nh− sau : + VËt thÓ s¾t tõ ®−îc cÊu t¹o bëi v« sè c¸c nam ch©m ph©n tö. NÕu c¸c nam ch©m ph©n tö chuyÓn ®éng hçn lo¹n th× lùc t¸c dông gi÷a chóng trong tr−êng hîp tæng qu¸t b»ng 0 vµ vËt thÓ kh«ng cã tõ tÝnh. C¸c nam ch©m ph©n tö t¸c dông t−¬ng hç vµ gi÷a chóng ë vÞ trÝ c©n b»ng. + NÕu ta ®em vËt thÓ s¾t nµy ®Æt vµo trong mét tõ tr−êng, d−íi t¸c dông cña c¸c lùc , c¸c nam ch©m ph©n tö bÞ ®Þnh h−íng theo h−íng x¸c ®Þnh, nghÜa lµ nã bÞ tõ ho¸. Sau khi tÊt c¶ c¸c nam ch©m ph©n tö ®· ®Þnh h−íng theo tõ tr−êng ngoµi th× nã ë t×nh tr¹ng b·o hoµ tõ vµ kh«ng cã kh¼ n¨ng tõ ho¸ h¬n n÷a . + NÕu ta triÖt tiªu tõ tr−êng tõ ho¸ bªn ngoµi, th× do lùc t¸c dông t−¬ng hç gi÷a c¸c ph©n tö l¹i lµm chóng chuyÓn ®éng hçn lo¹n trë vÒ t×nh tr¹ng ®Çu. Nh−ng do hiÖn t−îng ®Þnh h−íng song song cña c¸c nam ch©m ph©n tö, mÆt kh¸c lùc t¸c dông t−¬ng hç gi÷a chóng ph¸t sinh kh«ng hoµn toµn nh− t×nh tr¹ng ban ®Çu, do vËy chóng vÉn cßn mét l−îng tõ d− khi tõ tr−êng bªn ngoµi triÖt tiªu, chóng cã thÓ trë thµnh nam ch©m . 1.4.1.2 C¸c chÊt thuËn tõ . C¸c chÊt thuËn tõ cã ®é tõ thÈm µ >1®¬n vÞ, chÊt nµy bÞ tõ ho¸ theo h−íng cña tõ tr−êng ngoµi. Nh−ng do chuyÓn ®éng nhiÖt ph©n tö ë trong chÊt thuËn tõ ®· lµm gi¶m kh¶ n¨ng ®Þnh h−íng cña nam ch©m ph©n tö , v× vËy chÊt thuËn tõ bÞ tõ +B ho¸ yÕu kh«ng dïng lµm nam ch©m vÜnh cöu . a b 1.4.1.3 C¸c chÊt ph¶n tõ : µ < 1®¬n vÞ. +H -H c C¸c ch¸t ph¶n tõ cã c¸c nam ch©m ph©n tö bÞ tõ ho¸ f O theo h−íng ng−îc l¹i víi tõ tr−êng tõ hã, nªn kh¶ n¨ng tõ e d ho¸ cña nã nhá h¬n mét ®¬n vÞ . -B H×nh 1.10 §−êng cong tõ trÔ 11
  15. Ch−¬ng 1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ tõ tr−êng 1.4.2 §Æc tÝnh tõ ho¸ cña s¾t tõ . Cho mét thái s¾t tõ vµo trong lßng mét èng d©y vµ cho dßng ®iÖn ch¹y qua cuén d©y ®ã. Ban ®Çu t¨ng dÇn c−êng ®é tõ tr−êng H th× c¶m øng tõ B còng t¨ng, theo tû lÖ thuËn khi c−êng ®é tõ tr−êng H ®¹t tíi c−êng ®é tõ tr−êng cña cuén d©y th× c¶m øng tõ B kh«ng t¨ng n÷a, ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt. §iÓm a lµ ®iÓm b·o hoµ tõ (h×nh 1.10). NÕu sau ®ã ta gi¶m tõ tõ c−êng ®é tõ tr−êng H, th× c¶m øng tõ B còng gi¶m dÇn kh«ng theo ®−êng cò mµ theo mét ®−êng kh¸c gäi lµ ®−êng trÔ ab, khi H gi¶m vÒ 0. HiÖn t−îng trÔ nµy còng cho ta thÊy vËt thÓ s¾t tõ cã tÝnh chÊt tõ ho¸ ®Æc biÖt, ®o¹n ob gäi lµ tõ d−. Ta tiÕp tôc tõ ho¸ ng−îc, tøc lµ ®æi chiÒu dßng ®iÖn trong cuén d©y. Khi t¨ng c−êng ®é tõ ho¸ ng−îc th× c¶m øng tõ B còng gi¶m dÇn theo ®−êng cong bc. Khi c−êng ®é tõ tr−êng ®¹t gi¸ trÞ oc th× c¶m øng tõ B triÖt tiªu, ®o¹n oc gäi lùc gi÷ tõ. TiÕp tôc t¨ng H theo h−íng oc th× B còng t¨ng theo ®Õn ®iÓm d th× B kh«ng t¨ng n÷a. §iÓm d gäi lµ ®iÓm b·o hoµ tõ. Ta tiÕp tôc gi¶m H vÒ kh«ng th× thái s¾t tõ vÉn tån t¹i c¶m øng tõ theo ®o¹n de (®iÓm e ®èi xøng ®iÓm b). TiÕp tôc t¨ng H th× B t¨ng theo (®o¹n ef ). TiÕp tôc t¨ng H th× ®−êng cong l¹i vÒ trïng ®iÓm a. VËy ®−êng cong (oabcdefa) lµ ®−êng cong tõ trÔ biÓu thÞ qu¸ tr×nh tõ ho¸ cña s¾t trong tõ tr−êng. Lùc gi÷ tõ oc lµ ®Æc tÝnh quan träng nhÊt cña vËt liÖu s¾t tõ . 1.4.3 VËt liÖu nam ch©m tõ . C¨n cø vµo lùc gi÷ tõ (hay cßn gäi lµ lùc kh¸ng tõ) ng−êi ta chia vËt liÖu s¾t tõ lµm hai loai : s¾t tõ cøng vµ s¾t tõ mÒm. 1.4.3.1 S¾t tõ cøng. S¾t tõ cøng lµ nh÷ng vËt liÖu s¾t tõ cã lùc kh¸ng tõ lín, tøc lµ cã kh¶ n¨ng gi÷ tõ lín , nã ®−îc sö dông ®Ó chÕ t¹o nam ch©m vÜnh cöu. C¸c s¾t tõ cøng ®Æc biÖt lµ thÐp c¸c bon thÐp cr«m vµ thÐp cã chøa nhiÒu co-ban. S¾t tõ cøng t−¬ng øng víi vËt liÖu s¾t tõ cã lùc kh¸ng tõ lín h¬n 20 oe . 1.4.3.2 S¾t tõ mÒm. S¾t tõ mÒm lµ nh÷ng vËt liÖu s¾t tõ cã lùc kh¸ng tõ nhá, hÇu nh− kh«ng cã kh¶ n¨ng d÷ l¹i tõ tÝnh . Nh÷ng vËt liÖu s¾t tõ ®−îc gäi lµ s¾t tõ mÒm khi lùc kh¸ng tõ nhá h¬n 2 oe . D−íi ®©y lµ lùc kh¸ng tõ cña mét sè vËt liÖu s¾t tõ : Hîp kim Platin - Coban 4000 oe Hîp kim Platin - S¾t 15000 oe Hîp kim "Magnhit" 550 oe Hîp kim "Vickal" 500 oe ThÐp Co-ban 220 oe ThÐp Von - Fram 60 oe 12
  16. Ch−¬ng 1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ tõ tr−êng ThÐp ®ãng tµu 8 oe S¾t"Armko" 0,8 oe Hîp kim"Pecmaloi" 0,05 oe . * La bµn tõ cã c¸c thiÕt bÞ khö ®é lÖch ®−îc chÕ t¹o tõ s¾t tõ cøng vµ s¾t tõ mÒm nh− sau : + C¸c vËt liÖu s¾t tõ cøng nh− c¸c thanh khö ®é lÖch b¸n vßng, khö ®é lÖch lÖch tµu nghiªng vµ hÖ thèng kim tõ cña mét sè la bµn. C¸c lo¹i nam ch©m nµy®−îc chÕ t¹o b»ng thÐp Vonfram , thÐp Cr«m , thÐp Coban vµ mét sè hîp kim ®Æc biÖt kh¸c, c¸c chÊt nµy cã lùc kh¸ng tõ lín tíi 100 oe . + Ng−êi ta th−êng chÕ t¹o c¸c thái nam ch©m cã tiÕt diÖn trßn hoÆc vu«ng, kÝch th−íc tiÕt diÖn rÊt nhá so víi chiÒu dµi cña chóng , ®Çu b¾c s¬n mµu ®á, ®Çu nam s¬n mµu ®en hoÆc tr¾ng . M« men tõ cña thanh nam ch©m cã thÓ ®−îc ghi ngay trªn th©n thanh nam ch©m cïng víi n¨m s¶n suÊt , sè liÖu suÊt x−ëng . C¸c thanh nam ch©m ®Ó khö ®é lÖch cã m« men tõ rÊt lín cã thÓ ®¹t tíi 35000 ®¬n vÞ C.G.S.M tuú theo tõng n−íc s¶n xuÊt, tuú theo kho¶ng c¸ch ®Æt thanh khö víi mét sè la bµn . + §Ó chÕ t¹o nam ch©m cã m« men tõ lín ng−êi ta tiÕn hµnh chÕ t¹o s¾t tõ vµ cho tõ ho¸ ®Æc biÖt. §Çu tiªn ng−êi ta ®em t«i b»ng c¸ch nung chóng lªn 8000C - 12000C (nung tíi nhiÖt ®é nµo ®ã lµ tuú thuéc vµo lo¹i hîp kim chÕ t¹o thanh nam ch©m). Sau ®ã bá nhanh chóng ra ngoµi kh«ng khÝ hoÆc cho vµo n−íc vµo dÇu (cho vµo lo¹i m«i tr−êng nµo tuú lo¹i hîp kim). Sau khi t«i xong, c¸c thanh nam ch©m ®−îc ®em lµm æn ®Þnh cÊu t¹o b»ng c¸ch luéc chóng ë trong n−íc s«i (1000C) . B»ng c¸ch nµy ®¶m b¶o æn ®Þnh thµnh phÇn ho¸ häc cña thanh nhanh h¬n so víi nhiÒu ph−¬ng ph¸p kh¸c. Mét giê luéc thanh s¾t tõ nh− vËy cã t¸c dông b»ng ®Ó th−êng ho¸ ngoµi kh«ng khÝ b»ng mÊy n¨m . Sau khi ®· æn ®Þnh cÊu t¹o ng−êi ta ®em tõ ho¸ chóng. §Ó tõ ho¸ ®−îc chóng, víi thÐp Vonfram vµ thÐp Cr«m , c−êng ®é tõ tr−êng tõ ho¸ ph¶i ®¹t tíi 400 oe ®Õn 500 oe , cßn thÐp Coban th× ph¶i tõ 1000 oe ®Õn 1500 oe. Sau khi tõ ho¸ xong ng−êi ta ®em nam ch©m ®i æn ®Þnh tõ tÝnh, tøc lµ lo¹i trõ c¸c tõ tr−êng côc bé n¶y sinh trong c¸c giê ®Çu tiªn. MÆt kh¸c æn ®Þnh tõ tÝnh cßn cã t¸c dông lµm cho thanh nam ch©m Ýt nh¹y c¶m víi c¸c dao ®éng c¬ häc vµ c¸c tõ tr−êng bªn ngoµi, nh− thÕ còng cã nghÜa lµ æn ®Þnh ®−îc m« men tõ cña thanh nam ch©m . æn ®Þnh tõ hay cßn gäi lµ giµ tõ ®−îc ng−êi ta thùc hiÖn b»ng c¸ch ®Æt thanh nam ch©m vµo trong mét cuén d©y cã dßng ®iÖn xoay chiÒu ch¹y qua. TÇn sè dao ®éng cña dßng ®iÖn ®−îc chän t−¬ng øng víi c¸c pha dao ®éng ®iÖn hoÆc dao ®éng c¬ häc trªn tµu th−êng t¸c dông vµo la bµn. Sau khi cho dßng ®iÖn vµo ng−êi ta dÇn dÇn gi¶m dßng ®iÖn vÒ 0 . B»ng c¸ch æn ®Þnh nh− vËy c¸c thanh nam ch©m sÏ cã kh¶ n¨ng Ýt nh¹y c¶m víi c¸c hiÖn t−îng va ®Ëp , rung ®éng. M« men tõ cña chóng gi÷ ®−îc cè ®Þnh khi biªn ®é dao ®éng nhiÖt 13
  17. Ch−¬ng 1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ tõ tr−êng tíi 300C vµ khi c−êng ®é tõ tr−êng ngoµi thay ®æi tíi 2 oe øng víi nam ch©m Vonfram vµ Cr«m , tíi 3 oe øng víi nam ch©m Coban - Cr«m . C¸c thanh nam ch©m vÜnh cöu th−êng ®−îc b¶o vÖ trong hép gç ®Æc biÖt, c¸c nam ch©m ®Ó c¸ch nhau kh«ng nhá h¬n 5 cm , tuú theo m« men tõ lín hay nhá. C¸c lùc cïng tªn ®Ó kh¸c phÝa trong hép gç kh«ng nªn dÝnh c¸c thanh nam ch©m víi nhau v× lµm nh− thÕ khi t¸ch chóng ra sÏ kh«ng ®¶m b¶o ®−îc cè ®Þnh tõ tÝnh theo thêi gian. §Ó tr¸nh hiÖn t−îng rØ ng−êi ta th−êng s¬n cùc b¾c mµu ®á, cùc nam mµu xanh... kh«ng nªn ®Ó nam ch©m ë n¬i cã nhiÖt ®é cao, n¬i cã tõ tr−êng c−êng ®é lín h¬n 3 oe . C¸c thanh nam ch©m kh«ng ®−îc ®Æt gÇn c¸c vËt b»ng s¾t . * S¾t tõ mÒm ®Ó khö ®é lÖch phÇn t−, ®é lÖch c¶m øng ng−êi ta sö dông s¾t tõ mÒm. Chóng ®−îc chÕ t¹o thµnh c¸c thái cã tiÕt diÖn trßn, qu¶ cÇu hoÆc c¸c tÊm h×nh ch÷ nhËt. C¸c thái vµ tÊm ®−îc chÕ t¹o b»ng s¾t non cã lùc kh¸ng tõ nhá h¬n 1,5 oe cßn qu¶ cÇu ®−îc chÕ t¹o b»ng gang cã lùc kh¸ng tõ nhá h¬n 3,5 oe. §Ó chèng rØ ng−êi ta cã thÓ ®em s¬n mµu xanh, ®en.v.v... 1.5 Tõ tr−êng cña tr¸i ®Êt - ®é lÖch ®Þa tõ 1.5.1 Kh¸i niÖm ®Þa tõ tr−êng. Qua thÝ nghiÖm, khi treo mét kim nam ch©m tù do trªn bÒ mÆt cña tr¸i ®Êt ë bÊt kú vÞ trÝ nµo còng quan s¸t thÊy mét ®Çu kim nam ch©m lu«n ®Þnh h−íng. Tõ thÝ nghiÖm trªn chøng tá tr¸i ®Êt lu«n cã tõ tr−êng. Tõ tr−êng lu«n bao quanh bÒ mÆt tr¸i ®Êt, trªn kh«ng gian, trong lßng ®Êt vµ c¶ d−íi n−íc biÓn ®Òu ph¸t hiÖn thÊy cã tõ lùc t¸c dông. Tõ tr−êng cña qu¶ ®Êt cã ý nghÜa rÊt lín trong cuéc sèng con ng−êi. Trong kh«ng gian hµng ngh×n kil«mÐt bao quanh mÆt ®Êt, tõ tr−êng cña qu¶ ®Êt còng nh− m«i tr−êng ng¨n tia s¸ng vò trô xuyªn vµo qu¶ ®Êt. Do ®ã nã b¶o vÖ ®−¬c cuéc sèng cña c¸c sinh vËt trªn mÆt ®Êt khái bÞ huû diÖt do phãng x¹. Nghiªn cøu tõ tr−êng cña qu¶ ®Êt cho phÐp chóng ta kh¸i qu¸t nh÷ng nÐt c¬ b¶n ®Ó x©y dùng bÒ mÆt qu¶ ®Êt, ph¸t hiÖn ra nh÷ng vØa quÆng cã Ých, nghiªn cøu c¸c hiÖn t−îng ph¸t sinh tõ mÆt trêi vµ kh«ng gian vò trô. Mét vÝ dô râ rµng nhÊt lµ con ng−êi ®· biÕt lîi dông tõ tr−êng cña qu¶ ®Êt ®Ó chÕ t¹o ra ®Þa bµn gióp con ng−êi ®i trong rõng, ®i trªn sa m¹c, chÕ t¹o ra la bµn ®Ó ®i l¹i trªn biÓn. Trong n¨m vËt lý ®Þa cÇu 1957-1958 c¸c nhµ khoa häc ®· nghiªn cøu vµ thÝ nghiÖm dïng c¸c m¸y mãc ®o tõ tÝnh, ®o ®−îc c¸c yÕu tè tõ tr−êng trªn mÆt ®Êt. Trong thùc tÕ th× tõ tr−êng cña qu¶ ®Êt kh¸ phøc t¹p, ®Ó ®¬n gi¶n, cho phÐp ta coi tõ tr−êng cña qu¶ ®Êt nh− mét nam ch©m khæng lå, cã cùc nam(S) n»m ë gÇn ®Þa cùc b¾c, cùc b¾c(N) cña nam ch©m n»m ë gÇn ®Þa cùc nam cña tr¸i ®Êt. §−êng ®i qua hai cùc tõ gäi lµ trôc tõ Pm P'm (h×nh 1.11), trôc tõ nghiªng víi trôc tr¸i ®Êt mét gãc lµ 12 ®é . Cùc tõ cña nam ch©m hµng n¨m cã thay ®æi vÞ trÝ. 14
  18. Ch−¬ng 1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ tõ tr−êng VÝ dô: Kh¶o s¸t n¨m 1950 : cùc b¾c tõ (φ = 720N, λ =960W ) . Cùc nam tõ((φ = 700S , λ =150020'E) cùc tõ Pm ë gÇn ®Þa cùc b¾c cã tõ tÝnh nam vµ cùc tõ P'm ë gÇn ®Þa cùc nam cã tõ tÝnh b¾c nªn kim nam ch©m cña la bµn lu«n h−íng vÒ phÝa cùc Pm. ThÕ nh−ng khi gäi tªn ta gäi cùc Pm lµ cùc b¾c vµ cùc P'm lµ cùc nam t−¬ng øng víi tªn cña cùc ®Þa lý: - Theo lý thuyÕt søc tõ ®i vµo ë cùc nam Pm , tõ tr−êng mang dÊu d−¬ng , ®i ra ë cùc b¾c P'm, tõ tr−êng mang dÊu ©m . T H Pm PN A Z 12o PS P’m H×nh 1.11 Tõ tr−êng Tr¸i ®Êt 1.5.2 C¸c ph©n lùc ®Þa tõ vµ ¶nh h−ëng cña nã . XÐt ®iÓm A bÊt kú trªn bÒ mÆt tr¸i ®Êt , chÞu Nt t¸c dông cña c−êng ®é ®Þa tõ tr−êng ký hiÖu lµ T. r VÐc t¬ c−êng ®é tõ tr−êng ( T ) ë t¹i mçi ®iÓm lu«n tiÕp tuyÕn víi ®−êng søc tõ. NÕu T¹i ®iÓm A ta H d Hd A θ treo mét kim nam ch©m th× trôc kim nam ch©m sÏ r n»m theo h−íng cña vÐc t¬ ( T ) vµ lÖch víi mÆt Z T ph¼ng n»m ngang mét gãc θ , gãc θ gäi lµ ®é tõ nghiªng . NÕu ®Çu b¾c kim nam ch©m chói xuèng H×nh 1.12 C¸c ph©n lùc ®Þa tõ th× gãc θ mang dÊu d−¬ng , nÕu ®Çu b¾c kim nam ch©m ngÈng lªn th× gãc θ mang dÊu ©m. Nh− vËy ë cùc r th× gãc θ=± 900 , T ®i vµo ë cùc b¾c vµ ®i ra ë cùc nam. ë xÝch ®¹o θ = 00, ®−êng nèi c¸c ®iÓm cã θ = 00 gäi lµ xÝch ®¹o tõ, xÝch ®¹o tõ cã d¹ng ®−êng cong kh«ng ®Òu nã ë gÇn xÝch ®¹o ®Þa lý. C¸c ®iÓm cã cïng ®é tõ nghiªng θ nèi l¹i gäi lµ vÜ ®é tõ . Ph©n tÝch vÐc t¬ c−êng ®é tõ tr−êng T thµnh hai thµnh phÇn. - Thµnh phÇn n»m ngang : H . - Thµnh phÇn th¼ng ®øng : Z Thµnh lËp c«ng thøc biÓu thÞ mèi quan hÖ gi÷a c¸c ph©n lùc : Ta cã: T2 = H2 + Z2 15
  19. Ch−¬ng 1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ tõ tr−êng H = Tcos θ Z = Tsin θ Z tg θ = H => NhËn xÐt : Ph©n lùc H gäi lµ ph©n lùc ®Þnh h−íng nghÜa lµ d−íi t¸c dông cña ph©n lùc n»m ngang H lu«n kÐo kim nam ch©m cña la bµn chØ h−íng b¾c ®Þa tõ (Nd) , kinh tuyÕn ®i qua gäi lµ kinh tuyÕn ®Þa tõ , kinh tuyÕn ®Þa tõ ®−îc chän lµm mèc tÝnh h−íng ®i vµ ph−¬ng vÞ ®Þa tõ. Qua c«ng thøc ta thÊy nÕu ®iÓm A ë xÝch ®¹o th× θ = 0 ⇒ H = T = HMax (kho¶ng 0,4 oe), Z = 0 chøng tá la bµn ho¹t ®éng ë vïng xÝch ®¹o , gÇn xÝch ®¹o kh¶ n¨ng ®Þnh h−íng tèt nhÊt. Khi vÜ ®é cµng t¨ng th× H cµng gi¶m , ë cùc th× θ = 900 ⇒ H = 0 chøng tá la bµn kh«ng cã kh¶ n¨ng ho¹t ®éng . - Ph©n lùc Z kh«ng cã t¸c dông ®Þnh h−íng . 1.5.3 §é lÖch ®Þa tõ (H×nh 1.13) Do tr¸i ®Êt cã tõ tr−êng, lùc ®Þa tõ t¸c dông vµo kim nam ch©m la bµn lµm kim la bµn kh«ng chØ h−íng b¾c thËt ký hiÖu (Nt) mµ chØ sang mét h−íng kh¸c gäi lµ b¾c ®Þa tõ (Nd) , kinh tuyÕn ®i qua gäi lµ kinh tuyÕn ®Þa tõ, kinh tuyÕn Nt Nd Nd ®Þa tõ ®−îc chän lµm mèc ®Ó tÝnh h−íng ®i ®Þa tõ (Hd) vµ ph−¬ng vÞ ®Þa tõ (Pd) vËy gãc lÖch gi÷a kinh tuyÕn ®Þa tõ vµ kinh tuyÕn thËt gäi lµ ®é lÖch ®Þa tõ d . dE(+) dW(-) N NÕu ®Çu b¾c kim nam ch©m lÖch vÒ phÝa ®«ng (E) so víi kinh tuyÕn thËt th× d mang tªn ®«ng (E) vµ lÊy dÊu (+) . NÕu b¾c kim nam ch©m lÖch vÒ phÝa t©y so víi kinh tuyÕn thËt d th× mang tªn t©y (W) lÊy dÊu (-). S ë nh÷ng ®iÓm kh¸c nhau trªn mÆt ®Êt, ®é lÖch ®Þa H×nh 1.13 tõ cã gi¸ trÞ kh¸c nhau, nã cã thÓ biÕn thiªn tõ 00 ®Õn ± 1800WE . Gi¸ trÞ vµ sù ph©n bè tõ tr−êng trªn bÒ mÆt tr¸i ®Êt ®−îc ng−êi ta biÓu thÞ b»ng c¸c b¶n ®å ®Æc biÖt gäi lµ b¶n ®å tõ. C¸c b¶n ®å nµy ®−îc x©y dùng theo ®Þnh kú v× tõ tr−êng cña tr¸i ®Êt thay ®æi theo thêi gian . VÝ dô b¶n ®å tõ x©y dùng n¨m 1995 cã nghÜa lµ c¸c tµi liÖu sö dông ®−îc tÝnh tõ lóc 0h00m ngµy 01/ 01/1995 theo kinh tuyÕn gèc . Trªn b¶n ®å vïng ®−îc vÏ c¸c ®−êng ®¼ng trÞ . Mçi ®−êng ®¼ng trÞ yÕu tè tõ tr−êng cã mét tªn gäi riªng . §−êng ®¼ng trÞ ®é lÖch ®Þa tõ gäi lµ ®−êng ®¼ng ®é lÖch ®Þa tõ , ®−êng ®¼ng trÞ c¸c lùc T , H vµ Z gäi lµ ®−êng ®¼ng tõ . 16
  20. Ch−¬ng 1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ tõ tr−êng C¸c b¶n ®å tõ tr−êng cã hai lo¹i, mét lo¹i tû lÖ xÝch lín , mét lo¹i cã tû lÖ xÝch nhá . Nh÷ng b¶n ®å cã tû lÖ xÝch lín ®−îc dùng cho mét vïng nhá, m¹ng l−íi ®−êng ®¼ng trÞ dÇy ®Æc nã chØ tÊt c¶ c¸c tõ tr−êng ®Æc biÖt ë vïng nµy. B¶n ®å tû lÖ xÝch nhá ®−îc x©y dùng cho mét vïng biÓn lín hoÆc cho toµn bé thÕ giíi, trªn ®ã biÓu thÞ kh¸i qu¸t c¸c ®−êng ®¼ng trÞ , c¸c yÕu tè tõ tr−êng . C¸c yÕu tè tõ tr−êng tr¸i ®Êt kh«ng cè ®Þnh mµ lu«n lu«n thay ®æi, nguyªn nh©n g©y ra sù thay ®æi nµy th× cho tíi nay khoa häc vÉn ch−a gi¶ ®¸p ®−îc tho¶ m·n. Tõ tr−êng cña tr¸i ®Êt ®−îc ph¸t sinh do hai lo¹i tõ tr−êng : Tõ tr−êng chÝnh vµ tõ tr−êng biÕn ®æi . Tõ tr−êng chÝnh còng kh«ng ph¶i lµ cè ®Þnh, khi quan s¸t liªn tôc nhiÒu n¨m , ng−êi ta thÊy nã thay ®æi chËm . Sù thay ®æi gi¸ trÞ trung b×nh trong n¨m gäi lµ sù thay ®æi thÕ kû . Sù thay ®æi gi¸ trÞ tõ tr−êng trung b×nh trong mét ngµy®ªm gäi lµ sù thay ®æi ngµy ®ªm , th−êng rÊt nhá nªn trong thùc tiÔn ng−êi ta bá qua . Sù thay ®æi mang tÝnh chu kú n¨m nµy qua n¨m kh¸c ®−îc ghi s½n trªn h¶i ®å ®i biÓn, theo tõng hoa ®Þa tõ cho tõng khu vùc. Hoa ®Þa tõ lµ mét vßng trßn chia ®é tõ 00 ®Õn 3600 trong vßng trßn ghi s½n c¸c gi¸ trÞ ®é lÖch ®Þa tõ, n¨m kh¶o s¸t ®Þa tõ vµ l−îng thay ®æi hµng n¨m . 0o 0o o w 270o §L§T : 0 55’ – 1995. 90o o w 270o Mag Var 2 0 5’ -1990(4’w) 90o Hµng n¨m kh«ng thay ®æi 180o 180o H×nh 1.15 H×nh 1.14 VÝ dô: Trªn h¶i ®å ViÖt Nam cã ghi: T¹i khu vùc biÓn Long Ch©u §L§T : 0055w - 1995 cã nghÜa lµ ®é lÖch ®Þa tõ kh¶o s¸t n¨m 1995 lµ d = 0055w hµng n¨m kh«ng thay ®æi. (h×nh 1.14). VÝ dô : trªn h¶i ®å Anh cã ghi : T¹i khu vùc biÓn Hång K«ng lµ : MagVar 2005w-1990 (4'W) cã nghÜa lµ ®é lÖch ®Þa tõ kh¶o s¸t n¨m 1990 lµ d = 2005W , thay ®æi theo hµng n¨m 4'W. (H×nh1.15) Tõ tr−êng biÕn ®æi th× ®é lÖch ®Þa tõ còng biÕn ®æi liªn tôc cã tÝnh chÊt ®Òu ®Æn nh−ng cã nh÷ng ngµy chóng thay ®æi ®ét biÕn c¶ vÒ chu kú lÉn biªn ®é. Sù thay ®æi ®ét biÕn cã c−êng ®é rÊt lín, cã thÓ x¶y ra mäi n¬i trªn tr¸i ®Êt hay mét vµi ®Þa ph−¬ng ng−êi ta gäi lµ b·o tõ. Thêi gian b·o tõ cã thÓ x¶y ra tõ hai ®Õn ba ngµy ®ªm. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y nhê cã vÖ tinh nh©n t¹o cña tr¸i ®Êt, ng−êi ta ®· biÕt ®−¬c nguån gèc cña sù biÕn ®æi tõ tr−êng lµ do dßng c¶m øng xuÊt hiÖn ë tÇng cao cña khÝ quyÓn 17
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản