DSCF6628

212

przeprowadzonym przy użyciu magnetometru protonowego. Pozwala to nie tylko odnajdywać wypalane gliny i cegły, których magnetyzm szczątkowy związany jest z 1 -r- 10% zwartością tlenków żelaza, lecz także wykrywać m. in. nasypy ziemne (podwyższona podatność magnetyczna) oraz ściany i drogi (obniżona podatność).

- Ponieważ historia ziemskiego pola magnetycznego znana jest z pomiarów bezpośrednich dla ostatnich 300 lat (dokładne mapy magnetyczne sporządzano dla celów nawigacyjnych), a pośrednio dla miliardów lat, ze znajomości magnetyzmu szczątkowego skał wnioskuje się m. in. o powolnych ruchach kontynentów. Pozwoliło to potwierdzić zarzuconą swego czasu teorię Wegnera o połączeniu istniejącym w przeszłości pomiędzy kontynentem amerykańskim a Afryką i Europą.

Pole ziemskie istnieje co najmniej 2,7 mld lat, a więc ponad połowę wieku Ziemi. W tym czasie wielokrotnie zmieniało swoją biegunowość, jak o tym świadczą badania skał osadowych. Dodajmy jeszcze, że nie wykryto pola magnetycznego u sąsiednich planet (Wenus i Mars), a pole magnetyczne Księżyca ma natężenie wynoszące mniej niż 1 % ziemskiego i nie można go opisać przez pole dipola (również pole ziemskie na dużych głębokościach ma prawdopodobnie znacznie bardziej skomplikowany charakter, maskowany jednak przewodnictwem elektrycznym warstw wyżej leżących).

3. Metoda pomiaru

Swobodnie zawieszony magnes o momencie magnetycznym p_m, umieszczony w polu B, dąży do zajęcia położenia odpowiadającego minimum energii potencjalnej, w którym wektory p_m i S są równoległe i mają zgodne zwroty. Po odchyleniu magnesu z położenia równowagi pojawia się moment siły M:

M=-p_mxS, czyli M = -p_mB sin (p    (1)

gdzie q> oznacza kąt pomiędzy wektorami p_m i B.

Dla małych kątów q> moment siły jest proporcjonalny do wychylenia: sin q> s <p:

M= - p„B(p, czyli M + p_mB<p = 0    (2)

Magnes wychylony z położenia równowagi i puszczony swobodnie wykonuje wówczas drgania harmoniczne. Po podstawieniu M = 10 do równania 2,

(5)

Z równania tego można wyznaczyć poszukiwany związek pomiędzy okresem wahań magnesu T i indukcją magnetyczną B:

Zależność 6 dostarcza nam metody pomiaru pola magnetycznego Ziemi. W ćwiczeniu będzie nas interesowała tylko składowa pozioma B_e. Idea doświadczenia polega na skompensowaniu składowej B_c przez znane pole magnetyczne solenoidu B,. Rozpatrzmy przykład, gdy wektory natężenia pola solenoidu i składowej poziomej są antyrównoległe - wówczas pole wypadkowe B = B„ — B, i zależność 6 uzyska postać:

(7)

rp- 2 ₌ Pm(^B, - ^BJ ₌ PjA _ P_mB, 4n²I    4n ²I 4 n²I

Pole solenoidu, którego długość L jest znacznie większa od promienia

r, ma wartość:

(8)

(4)

otrzymamy:

(3)

Jest to równanie ruchu harmonicznego o częstości kołowej co: q> + co²<p = 0

gdzie:

b.=M

gdzie n oznacza liczbę zwojów, i - natężenie przepływającego prądu, L - długość solenoidu, n₀ = 4n-10"⁷ H -m^-1 jest przenikalnością magnetyczną próżni. Wszystkie wielkości należy mierzyć w jednostkach układu SI.