05磁罗经指北原理

第二章船用磁罗经第一节磁的指北原理一、磁的基本概念1.磁性：物体吸引铁、钴等物质的性质。①永久；②瞬时。2.磁铁：凡是带有磁性的物质。①天然磁铁；②人造磁铁。3.磁极：磁铁两端磁性最强的区域。中部无磁性区域称中性区。条形磁铁的磁极距末端L/12。N：红色；S：蓝色。llNS+m−m磁轴：S→N4.磁量：磁极强度。N:+m；S:−m——大小相等、符号相反5.磁矩：同名磁量与两磁极间距离的乘积。表征磁铁强弱M=2ml：矢量，方向与磁轴方向一致。6.磁力：磁极之间的作用力——同性相斥，异性相吸。库仑定律：F=·Cμm1m2d2F=m1m2d2C——常数，取决于单位制，电磁单位为1。μ——介质磁导率，空气中为1。二、磁铁的磁场强度1.磁场：磁力所及范围，磁力线N→S。2.磁场强度H：磁场中单位正磁量所受到的磁力。矢量H=md2均匀磁场：H大小相等、方向相同的磁场。（奥斯特）3.条形磁铁的磁场强度船体范围内的地磁场可看作均匀磁场①磁轴延长线上一点：+1HSHNNS+m−mllr则H1=HN+HSH1=2Mr3(1−l2/r2)2由于lr则H1=2Mr3②磁轴垂直平分线上一点：罗经柜中垂直磁棒对罗盘磁针的作用力如此+1HNH2HSrα+m−mllNS则H2=2HN·cosαH2=2mld3则H2=Mr3d由于lr，则d3≈r3罗经柜中纵、横磁棒对罗盘磁针的作用力如此③任意一点：H=·1+3cos2ϕMr3ϕ——这点和磁铁中心连线与磁铁的夹角三、铁磁质的磁化1.铁磁质：能被磁铁吸引的物质。2.磁化：铁磁质在磁场中得到磁性。HH1H2NS3.磁化强度J：单位体积的磁矩4.磁滞回线：磁化强度与外磁场的关系曲线1）磁滞：磁化强度落后于外磁场强度的现象。2）剩磁：外磁场=0时，铁磁质中保留的磁化强度Jr。3）矫顽力：磁化强度=0时，外磁场强度。矫顽力大，磁滞回线包围面积大，Jr大。5.铁磁材料的分类：1）硬铁：矫顽力＞50奥斯特2）软铁：矫顽力＜50奥斯特难磁化，难消失，磁性不随外界磁场变化而变化易磁化，易消失，磁性随外界磁场变化而变化四、地磁场1.磁极：地球北是磁北极，S极，负磁量；地球南是磁南极，N极，正磁量；位置随时间缓慢变化2.磁子午面：某点磁力所在的垂直面3.磁差Var：磁子午面与地理子午面的夹角。磁北Nm与真北N的夹角。VarNNmHZTθSmSH=T⋅cosθZ=T⋅sinθ磁子午面5.磁赤道：θ=0，即Z=0点的连线。不规则6.指北力H：地磁力的水平分量。磁赤道H=T，磁极H=0；磁纬度：磁赤道→磁极7.地磁三要素：H、θ、Var。8.地磁要素图：地磁要素相等的点的连线。4.地磁倾角θ：磁力T与水平面的夹角。磁力T低于水平面，地磁倾角θ＞0；磁北极，θ=+90°磁力T高于水平面，地磁倾角θ＜0；磁南极，θ=-90°磁差Var随地理位置、时间变化而变化。磁北Nm偏在真北N东为东磁差，表示E、+、Low；磁北Nm偏在真北N西为西磁差，表示W、−、High。等磁差线图五、磁针指北原理1.无摩擦力作用——磁针指北原理磁针水平支承，偏转δ角，所受地磁力+mH和−mH构成力偶。力臂为l⋅sinδ力偶矩：P=2mH⋅l⋅sinδ=MH⋅sinδ在力偶矩作用下磁针转动当δ=0，P=0，磁针停转结论：磁针停在磁场内的方向总是与磁场方向一致，与磁针本身磁性强弱无关。2.有摩擦力作用设摩擦力矩为Q。当P=Q时，磁针停止转动。即有MH⋅sinδ=Q此时的δ角称为停滞角，用Δ表示。sinΔ=MHQΔ较小，有sinΔ≈ΔΔ≈MHQ可见Q↑→Δ↑MH↓→Δ↑反之结论：检查磁罗经轴针和轴帽间的摩擦力——灵敏度的检查；检查磁罗经罗盘磁针的磁性。也是磁罗经在地磁极处为何不能使用的原因；磁针不能指北的原因。六、磁罗经自差的产生原理——磁铁对磁针的作用δNmNCHH1H'地磁场水平分量H，磁铁在磁针处产生磁场为H1（H1与磁铁磁矩M、距离r有关）1.在相同的条件下，磁铁对磁针的位置不同，即H1不同，磁针偏转角δ不同2.磁针偏转角δ仅与地磁水平力H、磁铁的磁矩M、及磁铁与磁针的距离r有关，而与磁针的磁性无关。结论船上磁罗经更换新罗盆，只要周围状态不变，船磁的影响不变，自差不变。磁针偏转角δ即船用磁罗经的自差δ。思考问题1.基本概念磁性、磁铁、磁极、磁量、磁矩、磁力磁场、磁场强度铁磁质、磁化、硬铁、软铁、矫顽力地磁子午面、磁差、地磁倾角、磁赤道、地磁指北力、地磁三要素力偶矩、停滞角、自差2.硬铁和软铁的特性。3.磁差的特点及符号规定。4.磁罗经指北原理。5.自差产生的原因。