Transcript 03-gyakorlat_magnesseg

Alkalmazott földfizika GY.3.
Mágneses kutatómódszer
Raáb Donát
ELTE Geofizikai és Űrtudományi Tanszék,
Fogadóóra: Csütörtök 12:00-14:00, D. 7.208
[email protected]
Mit mérünk?
A gravitációs mérések segítségével a földi mágneses tér normál értékeitől vett
eltéréseket (anomáliákat) térképezzük fel, melyeket a földfelszín alatt elhelyezkedő,
különböző mágnesezettséggel és mágneses tulajdonságokkal rendelkező kőzetek /
objektumok okoznak.
.
Mágnességgel kapcsolatos mennyiségek
Mágneses térerősség (H)
Egységnyi sugarú vezetőben egységnyi nagyságú
áramerősség hatására létrejövő mágneses tér
nagysága. [H]=A/m
Mágneses momentum (m)
I
H=
2⋅ π⋅ r
A mágneses forrás erőssége, az anyag külső
mágneses térhez adott járulékának mértéke.
[m]=Am2
m= I⋅ π⋅ r 2
Mágneses indukció (B vagy F)
B= μ⋅ H
A külső mágneses tér és a mágnesezhető anyagok
momentumából származó mágneses tér nagysága.
[B]=T
Mágnesezettség (J)
Térfogategységre eső mágneses momentum
nagysága. [J]=A/m
Mágneses permeabilitás (μ)
Az anyag mágnesezettségének foka. [μ]=Vs/Am
μ0=4π10-7 Vs/Am
Mágneses szuszceptibilitás (κ)
Adott külső mágneses tér jelenlétében mennyire
mágnesezhető az anyag. [κ]=[]
m
J=
V
μ= μ r⋅ μ0
J
κ=
H
B=μ0(H+J)=μ0(1+κ)H=μH
Mágnesezettség
Induktív mágnesezettség:
Külső tér jelenlétében kialakuló mágnesezettség. JIND=κH
és a külső térrel párhuzamos. Ha eltűnik a külső mágneses
tér, az induktív mágnesezettség nullává válik.
Remanens mágnesezettség:
Az anyagban található mágneses momentumok által
okozott mágnesezettség. JREM A remanens
mágnesezettség iránya különbözheta külső tér irányától.
Hiszterézis: f
A ferromágneses anyagok sajátossága. H növekedésével
B szaturációja következik be. H újbóli csökkenésével nem
követi az előző görbét. A külső mágneses tér eltűnése után
is mutat mágnesezettséget = remanens mágnesezettség
Termo-remanens mágnesezettség (TRM):
A természetes remanens mágnesezettség (NRM)
leggyakrabban előforduló fajtája. A mágneses ásványok
mágnesezettsége hőmérsékletfüggő. A Curie-hőmérséklet
felett elveszítik mágnesezettségüket, Curie hőmérséklet
majd újra a Curie-pont alá hűlve a külső mágneses tér
irányába rendeződnek. Az ún. blokkolási hőmérsékletet
elérve a mágneses tér „belefagy” a kőzetekbe.
Mágneses anyagok osztályozása
Minden anyag mágneses.
A mágnességet atomi szinten a következő jelenségek befolyásolják:
> Betöltetlen elektronhéjon lévő elektronok száma.
> Az elektronok spinje (spinmomentum).
> Az elektronok keringése az atommag körül (pályamomentum).
Diamágnes
Nincsen betöltetlen elektronhéj, nincsen kompenzálatlan spin. Homogén tér
hatására a térrel ellentétes, kis mágnesezettség jön létre (kvarc).
Paramágnes
Van kompenzálatlan spin, de ezek elhelyezkedése szórt, így az eredő
mágnesezettség nulla (olivin).
Ferromágnes
Van kompenzálatlan spin, és az elemi áramkörök egy irányba rendeződnek
(vas, nikkel, kobalt).
Antiferromágnes
Van kompenzálatlan spin, de az elemi áramkörök, egymással ellentétes
irányba rendeződve kifelé nem mutatnak mágnesezettséget (hematit).
Ferrimágnes
Hasonló az antiferromágneshez, de az egyik irányba kisebb a kompenzáció,
van kifelé mágneses hatás (magnetit)
Földi mágneses erőtér 1.
Mágneses tér adott ponton
X: Észak felé mutató komponens
Y: Kelet felé mutató komponens
H: horizontális komponens
Z: Föld belseje felé mutató
komponens
F: Totáltér
D: Deklináció, a horizontális
komponens szögeltérése az északi
komponenstől
I: Inklináció, a horizontális komponens
és a totáltér szögeltérése
Átlagos magyarországi értékek:
F=48000nT
D=2.5°
I=63.5°
Földi mágneses erőtér 2.
Gömbi koordinátarendszerben:
Mágneses potenciál 'r' és 'θ' szerinti
deriváljaiból állnak elő a kvázi vertikális és
kvázi horizontális komponensek.
FIGYELEM: a mágnességben általában a 'θ'
az Északi saroktól mért szélességet jelenti (0°180°). Dipól közelítésben a hosszúság szerint
nem változik a térerősség.
Földi mágneses erőtér 3.
Mérőműszerek 1.
Flux-gate magnetométer
Két vasmagon egymással ellentétes primér
tekercselés és mindkettőt körülvevő
szekunder tekercs található. A tekercsekre
kapcsolt váltóárammal a tekercseken a
mágneses indukciót mindkét irányban,
váltakozva telítésbe visszük.
Ha nincs jelen külső mágneses tér, akkor a
szekunder tekercsen nincs feszültségesés.
Külső mágneses térben a két tekercsben
különböző időpontban következik be a
telítés, a fáziseltolódás által a szekunder
tekercsben feszültség indukálódik.
Mérőműszerek 2.
S
Mérőműszerek 3.
Mágneses mérések kivitelezése
> Totáltér vagy gradiens mérése
> Rácsháló mentén történő mérés, felosztás a kutatástól függ
> Ionoszferikus folyamatok miatt totáltér-méréseknél báziskorrekció
szükséges.
> Fontos a fémmentes ruházat
> Zavaró objektumoktól mentes terület szükséges.
Mágneses mérések feldolgozása
Mágneses hatók anomáliahatása
A dipólikus hatókhoz pozitív-negatív anomáliapárok tartoznak.
Az anomália lefutása függ a ható mágnesezettségétől és a külső mágneses tér
irányától is.
Az anomáliaképek értelmezését inverziós eljárások segítik (lásd. gravi)
Számítási feladatok
Feladat 1:
A Föld egy pontján a totális mágneses tér F=20000nT, a horizontális komponens
H=10000nT.
a) Mekkora a függőleges komponens? Z=?
b) Mekkora inklinációt mérünk? I=?
c) Hogyan határozható meg a deklináció mértéke?
d) És akkor ha Y=1000nT? D=?
Feladat 1:
Számítsuk ki a földi mágneses indukció nagyságát az é.sz. 60°-án,
a felszínen és a felszíntől 5000 km-re! Számítsuk ki a horizontális és
vertikális komponenst is!
A Föld mágneses dipólmomentuma: 7.7×1022 Am2