Xem mẫu
- 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
- Môc lôc
Trang
Bµi më ®Çu 1
Ch−¬ng 1 : Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ tõ tr−êng 3
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
Ch−¬ng 2: Lý luËn ®é lÖch la bµn 20
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
Ch−¬ng 3: La bµn tõ hµng h¶i vµ c¸c thiÕt bÞ khö ®é lÖch 45
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
Ch−¬ng 4: Ph−¬ng ph¸p khö ®é lÖch la bµn tõ 89
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
- 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
Ch−¬ng 5: C«ng t¸c hiÖu chØnh la bµn vµ ph−¬ng ph¸p lËp b¶ng ®é lÖch cßn l¹i 112
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
- 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
- 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
- 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
(+)N • • S(- )
Tõ cùc PhÇn trung tÝnh Tõ cùc
H×nh 1.1 VÞ trÝ tõ cùc trªn thanh Nam ch©m
3
- 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 N S
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
- 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
H = (1.3)
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
- 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 = d Fs
(d + l 2 )
2
XÐt vÒ ®é lín : N θ S
(+)m (-)m
H1 = FNcosθ + FScosθ = cosθ(FS+FN). o
2l
MÆt kh¸c ta cã :
H×nh 1.3
l l 2m 2ml M M
cosθ = ⇒ H1 = ( 2 2
)= = =
2
d +l 2 2
d +l 2 d +l (d 2 + l 2 ) 3 2
l 3 l2
d 6 (1 + ) d 3 (1 + 2 ) 3 / 2
d2 d
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 :
M 3l 2
H 1 = 3 (1 − 2 ) (1.4)
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
Kho¶ng c¸ch tõ A ®Õn trung S
FN FS
t©m thanh nam ch©m OA = d. Gi¶ O
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
- 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
H 2 = FN + FS ⇒ H2 = FN + FS = 2
+ .
(d − l ) (d + l ) 2
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 4 l2 2
d (1 − 2 )
d
4mld 2M
H2 = 2
=
l l2
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 :
2M l2
H 2 = 3 (1 + 2 2 ) (1.5)
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)
- XÐt thanh nam ch©m NS cã tõ khèi ± m, H
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
men lµ M. Ta chiÕu vÐc t¬ M lªn 2 h−íng OC vµ φ
(+)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
- 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
H1 = = sin ϕ .
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
H2 = = 3 cos ϕ
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 A n
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
- 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) .
H +mH
H
δ Ψ-δ
N +mH2
N
ϕ +mH1
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 .
M 2M
H1 = sin ϕ vµ H 2 =cos ϕ
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- 3
sin φ.cos(ψ-δ) - 3 cosφsin(ψ-δ) = 0 (1.8)
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
- 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
H= Hd 3tg δ.
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
trung ®iÓm cña thanh . VÞ trÝ nµy t−¬ng øng S
ψ
víi vÞ trÝ nam ch©m khö ®é lÖch b¸n vßng N O S
(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
H sin δ − 3
cos δ = 0 ⇒ H = 3 cot gδ = 0 (1.10) .
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
- 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
1.4.1.3 C¸c chÊt ph¶n tõ : µ < 1®¬n vÞ. b
-H c +H
C¸c ch¸t ph¶n tõ cã c¸c nam ch©m ph©n tö bÞ tõ ho¸
O f
theo h−íng ng−îc l¹i víi tõ tr−êng tõ hã, nªn kh¶ n¨ng tõ e
ho¸ cña nã nhá h¬n mét ®¬n vÞ . d
-B
H×nh 1.10 §−êng cong tõ trÔ
11
- 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
- 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
- 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
- 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
t¸c dông cña c−êng ®é ®Þa tõ tr−êng ký hiÖu lµ T. Nt
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 A d H Hd
treo mét kim nam ch©m th× trôc kim nam ch©m sÏ θ
r
n»m theo h−íng cña vÐc t¬ ( T ) vµ lÖch víi mÆt
ph¼ng n»m ngang mét gãc θ , gãc θ gäi lµ ®é tõ Z T
nghiªng . NÕu ®Çu b¾c kim nam ch©m chói xuèng
th× gãc θ mang dÊu d−¬ng , nÕu ®Çu b¾c kim nam H×nh 1.12 C¸c ph©n lùc ®Þa tõ
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
- 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
Nd Nt 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 (-).
ë nh÷ng ®iÓm kh¸c nhau trªn mÆt ®Êt, ®é lÖch ®Þa S
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
- 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 1.14 H×nh 1.15
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
nguon tai.lieu . vn
