Глава XIII. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ

§ 128. Магнитное поле Земли.

В § 112 мы говорили о том, что подвешенная на нити или укрепленная на острие магнитная стрелка устанавливается в каждой точке вблизи земной поверхности определенным образом – приблизительно в направлении с севера на юг. Этот основной факт означает, что существует магнитное поле Земли.

Изучение магнитного поля Земли имеет чрезвычайно важное практическое и научное значение. С давних времен известен компас, прибор, в котором используется магнитное поле Земли и который дает возможность ориентироваться относительно стран света. Обычный походный компас изображен на рис. 227.

Рис. 227. Компас

В современном кораблевождении и самолетовождении магнитный компас уже не является единственным средством ориентации и определения курса корабля или самолета. Для этих целей существуют и другие приборы. Однако магнитный компас отнюдь не потерял своего значения. Он остается и теперь важным прибором для штурманов, и магнитными компасами по сегодняшний день снабжаются все корабли и самолеты. Компас широко применяется также геологами, охотниками и путешественниками.

Наличие магнитного поля Земли позволяет осуществить также ряд других важных исследований. Из них мы особенно отметим методы поисков и изучения месторождений железа.

Ход линий земного магнитного поля схематически изображен на рис. 228, из которого видно, что земное магнитное поле имеет такой вид, как будто земной шар представляет собой магнит с осью, направленной приблизительно с севера на юг. В северном полушарии все линии магнитного поля сходятся в точке, лежащей на 75°50' сев. широты и 96° зап. долготы. Эта точка называется южным магнитным полюсом Земли. В южном полушарии точка схождения линий магнитного поля лежит на 70°10' южн. широты и 150°45' вост. долготы; она называется северным магнитным полюсом Земли. Нужно заметить, что точки схождения линий земного магнитного поля лежат не на самой поверхности Земли, а под ней. Магнитные полюсы Земли, как мы видим, не совпадают с ее географическими полюсами. Магнитная ось Земли, т. е. прямая, проходящая через оба магнитных полюса Земли, не проходит через ее центр и, таким образом, не является земным диаметром.

Рис. 228. Линии магнитного поля Земли

128.1. Уже очень давно, с XVI века, известно, что вертикально стоящие железные оконные решетки с течением времени намагничиваются. Объясните это явление. Какой вывод можно сделать из него относительно направления магнитной индукции земного магнитного поля? На каком конце вертикального прута – верхнем или нижнем – возникает северный полюс и на каком – южный?

128.2. В книге одного из первых исследователей земного магнетизма Гильберта описан следующий опыт. Если бить молотком по железной полосе, расположенной с севера на юг, то полоса намагнитится. Объясните это явление. Укажите, как будут расположены северный и южный полюсы на намагнитившейся таким образом полосе.

128.3. Самопроизвольное намагничивание железных предметов в магнитном поле Земли было использовано для устройства магнитных мин, которые устанавливаются на некоторой глубине под поверхностью воды и взрываются при прохождении над ними корабля. Механизм, заставляющий мину всплывать и взрываться, приходит в действие, когда магнитная стрелка, вращающаяся вокруг горизонтальной оси, поворачивается под влиянием магнитного поля проходящего над миной железного корабля, который всегда оказывается самопроизвольно намагниченным (подобно железным решеткам в задаче 128.1). Для борьбы с магнитными минами применяют два способа: магнитное траление этих мин и нейтрализацию магнитного поля корабля.

Первый способ заключается в том, что самолет, летящий низко над поверхностью моря, проносит над этим участком подвешенный к нему на тросах сильный магнит. Иногда вместо этого опускают на поверхность воды на поплавках кабель в виде кольца и пропускают по этому кольцу ток. Под влиянием поля магнита или тока механизмы всех мин приходят в действие, и мины взрываются, не причиняя вреда.

Второй способ состоит в том, что на корабле укрепляют петли из изолированного провода и по ним пропускают токи с таким расчетом, чтобы магнитное поле этих токов было равно и противоположно полю корабля (постоянного магнита). Оба поля, складываясь, уничтожают друг друга, и корабль свободно проходит над магнитной миной, не приводя в действие ее механизма. Укажите, как должен быть направлен ток в петле, если она расположена горизонтально: по направлению часовой стрелки или против нее, если смотреть на палубу корабля сверху? Имеет ли значение направление тока в кабеле при первом способе?

128.4. На одну из чашек весов поставлен вертикально железный стержень, после чего весы уравновешены. В какую сторону нарушится равновесие весов, если мы намагнитим этот стержень так, чтобы северный полюс его был внизу?

128.5. При подготовке полетов на Северный полюс много внимания уделяется обеспечению ориентации самолета вблизи полюса, так как там обыкновенные магнитные компасы работают очень плохо и практически непригодны. Почему это так?