La bàn hàng hải docx

Biên soạn : K.S Nguyễn văn Hòa
Hiệu đính : KS. TTr Bùi Văn Vinh
TS. TTr Nguyễn Viết Thành



















la bàn từ Hàng Hải

đại học hàng hải 2006


Mục lục
Trang

Bài mở đầu
1

Chơng 1 : Khái niệm cơ bản về từ trờng
3

1.1. Từ tính và nam châm
3

1.2. Cờng độ từ trờng của nam châm thẳng.
5

1.3. Sự tác dụng lẫn nhau của hai thanh nam châm đặt trong từ trờng đều.
8

1.4. Vật thể sắt từ - Phơng pháp luyện sắt từ thành nam châm.
11

1.5. Từ trờng của trái đất - độ lệch địa từ.
14

1.6. Nguyên tắc làm việc của la bàn từ.
18

Chơng 2: Lý luận độ lệch la bàn
20

2.1 Từ trờng tàu- độ lệch la bàn từ.
20

2.2. Phơng trình Passon.
21

2.3. Hệ số sắt non.
25

2.4. Các lực tác dụng đối với la bàn.
29

2.5. Độ lệch và công thức độ lệch cơ bản.
35

2.6. Nguyên lý độ lệch tàu nghiêng.
40

Chơng 3: La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch
45

3.1 Cấu tạo la bàn từ của Liên Xô.
45

3.2. Cấu tạo la bàn từ của Nhật Bản.
53

3.3. Kiểm tra la bàn từ.
59

3.4. Đặt la bàn từ trên tàu.
64

3.5. Các thiết bị khử độ lệch la bàn.
67

3.6. La bàn từ hàng hải truyền mặt số.
82

3.7. Truyền mặt số và hệ thống truy theo.
87

Chơng 4: Phơng pháp khử độ lệch la bàn từ
89

4.1. Sự cần thiết phải khử độ lệch.
89

4.2. Nguyên tắc khử độ lệch la bàn.
89

4.3. Xác định đầu của thanh nam châm khử độ lệch.
90

4.4. Phơng pháp Ery khử độ lệch la bàn.
91

4.5. Khử độ lệch cảm ứng.
96

4.6. Phơng pháp Cô lông ga khử độ lệch la bàn.
98

4.7. So sánh u nhợc điểm giữa hai phơng pháp Ery và cô lông ga.
102

4.8. Khử gần đúng bằng phơng pháp cô lông ga trên hai hớng đi la bàn chính
vuông góc với nhau.
103

4.9. Khử Độ lệch gần đúng trên hai hớng từ chính ngợc nhau.
104

4.10. Những nguyên nhân làm độ lệch bán vòng thay đổi.
106

4.11. Khử độ lệch khi tàu thay đổi vĩ độ từ.
108

4.12. Khử độ lệch khi tàu nghiêng.
109

Chơng 5: Công tác hiệu chỉnh la bàn và phơng pháp lập bảng độ lệch còn lại
112

5.1. Những trờng hợp cần thiết phải hiệu chỉnh la bàn
112

5.2. Thứ tự khử các lực độ lệch
112

5.3. Công tác hiệu chỉnh la bàn từ
114

5.4. Phơng pháp lập bảng độ lệch còn lại
115

1
Bài mở đầu

Sự phát triển và tầm quan trọng
của la bàn từ trên tàu biển


La bàn từ là một thiết bị hàng hải có tác dụng dùng để chỉ hớng đi và xác định vị
trí tàu trên biển. Căn cứ vào tính chất định hớng của thành phần nhạy cảm theo hớng
kinh tuyến từ. Con ngời đã lợi dụng tính chất này để chế tạo la bàn từ đầu tiên vào
cuối thế kỉ XII. La bàn đợc cấu tạo gồm một tấm sắt từ gắn vào một chiếc phao, đợc
thả vào trong một chậu nớc.
Đầu thế kỉ XIV, cấu tạo la bàn từ đợc thay đổi. Kim từ của la bàn đợc gắn vào
một chiếc phao. Cả phao và kim từ đợc đỡ trên một đỉnh kim trụ thẳng đứng. Trên
mặt phao đợc gắn thêm một vành tròn bằng giấy hoặc bằng đồng, trên đó đợc chia
hớng theo từng ca và từng độ từ 0
O
đến 360
O
. Toàn bộ hệ thống kim từ đợc thả vào
một chậu dung dịch gồm cồn và nớc cất.
Cuối thế kỉ XV, các nhà khoa học hàng hải đã phát hiện ra kim la bàn không chỉ
chính xác theo hớng bắc, nam thật mà chỉ lệch đi một góc, góc đó đợc gọi là độ lệch
địa từ.
Cuối thế kỉ XVIII cùng với sự phát triển của ngành đóng tàu bằng sắt thép. La bàn từ
đợc trang bị trên tàu, các nhà hàng hải đã phát hiện ra la bàn chỉ hớng mang sai số

lớn. Nguyên nhân gây ra sai số la bàn là do ảnh hởng của từ trờng sắt thép trên tàu
tác dụng vào kim la bàn làm kim la bàn chỉ lệch khỏi kinh tuyến từ một góc, góc này
gọi là độ lệch riêng la bàn. Để khử bớt góc lệch này, ngời ta đa thêm các thiết bị khử
vào thân la bàn.
Hiện nay trên các tàu hiện đại, ngoài la bàn từ trên tàu còn đợc trang bị thêm
nhiều thiết bị chỉ hớng hiện đại khác nh: la bàn con quay, hệ thống định vị toàn cầu
GPS, hệ thống SATELLITE COMPASS, hoạt động với độ chính xác cao, song điều đó
không làm giảm vai trò của la bàn từ trên tàu biển. Do u điểm đặc biệt là độ tin cậy
rất cao nên la bàn từ đợc các nhà hàng hải gọi là la bàn chuẩn. Nếu thiếu la bàn chuẩn
trên tàu, theo quy phạm của đăng kiểm hàng hải thì tàu đó không đủ điền kiện chạy
biển.
2
Cùng với sự phát triển của ngành hàng hải, la bàn từ ngày càng phát triển không
ngừng. La bàn từ truyền mặt số ra đời đã đợc sử dụng vào ngành hàng hải. Nó có tác
dụng truyền chỉ số hớng đi của la bàn tới máy lái tự động để tự động điều khiển tàu.
Các loại la bàn từ đợc trang bị trên tàu biển
+La bàn chuẩn đợc đặt trên boong thợng
+La bàn lái đợc đặt trong buồng lái hoặc đợc thay thế bằng la bàn điện
+La bàn xuồng đợc đặt trên xuồng cứu sinh
+La bàn lái sự cố đợc đặt trong buồng lái sự cố
Đặc điểm của la bàn từ trang bị trên tàu biển Việt Nam gồm nhiều loại Nhật, Liên
Xô, Đức, Trung Quốc v.v. Về cấu tạo la bàn cơ bản giống nhau, còn các thiết bị khử
tuỳ theo từng loại la bàn, từng nớc sản xuất đợc bố trí khác nhau.
Giáo trình la bàn từ này sẽ giới thiệu cơ bản về lý thuyết, cấu tạo và phơng pháp
khử độ lệch la bàn. Ngoài ra giáo trình còn giới thiệu sơ lợc về nguyên lý cấu tạo la
bàn truyền mặt số.
Giáo trình này làm tài liệu nghiên cứu và học tập cho sinh viên Đại học Hàng hải
ngành Điều khiển tàu biển, đồng thời có thể làm tài liệu nghiên cứu và tham khảo cho
những ngời làm công tác hàng hải, công tác đánh cá trên biển.
Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng song giáo trình này không tránh khỏi thiếu sót rất

mong đợc sự đóng góp và phê bình của bạn đọc.
Xin chân thành cảm ơn

Ngời biên soạn: Nguyễn Văn Hòa
Bộ môn Hàng hải - Khoa Điều khiển tàu biển



Chơng 1 Khái niệm cơ bản về từ trờng
3

S(
-
)

Hình 1.1 Vị trí từ cự
c trên thanh Nam châm

(+)N

2l

1/12

1/12



Từ cực

Phần trung tính

Từ cực





Chơng 1
khái niệm cơ bản về từ trờng

1.1 Từ tính và nam châm

1.1.1 Khái niệm.
Bộ phận chính của la bàn từ là thành phần nhạy cảm. Thành phần nhạy cảm gồm các
thanh nam châm vĩnh cửu, chúng kết cấu với nhau thành một hệ thống gọi là hệ thống kim từ.
Lực định hớng của thành phần nhạy cảm đợc phát sinh dới sự ảnh hởng của từ trờng trái
đất. Từ trờng của trái đất đợc hình thành do sự cấu tạo và hoạt động của lòng đất gồm nhiều
mỏ quặng, kim loại. Những loại quặng hút đợc mạt sắt gọi là sắt từ. Các loại vật thể khác có
tính chất nh trên: sắt, thép và một số hợp kim có tính chất từ đợc luyện từ theo phơng pháp
nhân tạo. Những vật thể có từ tính nh vậy gọi là nam châm. Vậy những vật thể hút đợc sắt,
thép gọi là vật thể có từ tính. Sắt, thép mang từ tính gọi là nam châm.
Nam nam châm gồm hai loại: - Nam châm tự nhiên
- Nam châm nhân tạo.

1.1.2 Tính chất của nam châm.
Giả sử đa một thanh sắt Fe
2
O
3

vào trong một từ trờng, sau một thời gian thích hợp đa
thanh sắt ra khỏi từ trờng, trong thanh sắt tồn tại một lợng từ d làm thanh sắt trở thành nam
châm vĩnh cửu có những tính chất sau:
- Thanh nam châm có 2 điểm tập trung từ lực mạnh nhất gọi là từ cực. Từ cực cách đầu
thanh nam châm 1 khoảng bằng 1/12 của 2 (2l là khoảng cách 2 cực thanh nam châm).
- Đờng đi qua hai từ cực gọi là trục từ.
- Bộ phận giữa thanh nam châm không có từ tính gọi là phần trung tính.
Treo thanh nam châm bằng một sợi chỉ thì một đầu thanh nam châm quay về hớng bắc
địa lý ngời ta quy định đó là đầu bắc (N) sơn màu đỏ, còn đầu kia thanh nam châm là đầu
nam (S) sơn màu xanh (mang tính chất giữ hớng).
- Hai đầu thanh nam châm cùng tên thì đẩy nhau khác tên thì hút nhau.
- Từ cực nam châm không thể cắt rời đợc, ta cắt một thanh nam châm thành nhiều đoạn
thì mỗi đoạn thành một nam châm mới.







Chơng 1 Khái niệm cơ bản về từ trờng

4
1.1.3 Sức từ, từ khối , mô men từ.
- Sức từ: Lực đẩy và lực hút giữa hai cực gọi là sức từ. Quy định sức tác dụng cực cùng
tên là (+) và sức tác dụng giữa hai cực khác tên là (-).
- Từ khối của nam châm là khối lợng từ chứa ở hai cực của nam châm. Ký hiệu: m
* Chú ý : Sức từ và từ khối của thanh nam châm có dấu ngợc nhau, trị số tuyệt đối bằng
nhau.
- Mô men từ : M là tích số giữa từ khối của nam châm với khoảng cách hai cực :

Ta có công thức:
M = 2mL
(1.1)

Trong hệ thống : cm, gam , giây, đơn vị mô men từ là : CgsM
- Định luật Culông :
Qua thí nghiệm Culông chứng minh lực tác dụng giữa hai cực của 2 thanh nam châm
tỷ lệ thuận với tích số từ khối của chúng và tỷ lệ nghịch bình phơng khoảng cách giữa hai từ
khối. Ta có:

F
=
2
21
d
mm
à
(1.2)
m
1
, m
2
là khối lợng từ chứa ở hai cực của thanh nam châm .
d là khoảng cách giữa hai cực từ.
à : là hệ số dẫn từ phụ thuộc vào điều kiện môi trờng :
à = 1 : môi trờng trong chân không .
à < 1 : môi trờng phản từ lực tác dụng lớn hơn trong chân không .
à > 1 : môi trờng thuận từ lực tác dụng nhỏ hơn trong chân không .

1.1.4 Từ trờng - Cờng độ từ trờng - Đờng sức từ .

1.1.4.1 Từ trờng

- Từ trờng của thanh nam châm là khoảng
không gian bao quanh nam châm mà ở đó có từ
lực tác dụng. Trên hình vẽ ta thấy từ trờng của
một thanh nam châm thẳng. Nếu trên tấm bìa các
tông đợc đặt trên một thanh nam châm, ta rắc
trên đó các mạt sắt đồng thời rung nhẹ cho các
mạt sắt di chuyển, thì dới tác dụng của từ trờng
các mạt sắt đợc phân bố theo quy luật có dạng đờng cong. Đờng cong đó gọi là đờng sức
từ (hình 1.2).

N


S

Hình 1.2 Đ
ờng sức từ

Chơng 1 Khái niệm cơ bản về từ trờng
5
1.1.4.2 Cờng độ từ trờng

Giá trị cơ bản biểu thị đặc tính của từ trờng là cờng độ từ trờng ký hiệu là H. Vậy
cờng độ từ trờng tại một điểm là một lực tác dụng lên 1 đơn vị từ khối (+) đặt tại điểm đó.
Ta có công thức sau :
m
F
H =

(1.3)
- Biểu thị: Nếu từ cực có từ khối là 1 đơn vị tại 1 điểm trong từ trờng bị tác dụng bởi
lực F
Trong hệ thống C.g.s.M , đơn vị H là Erstet ký hiệu Oe. Trong đơn vị quốc tế, đơn vị
cờng độ từ trờng đợc tính là Ampemet (A/M) . 1A/M = 4.10
-3
Oe .
-Véc tơ cờng độ từ trờng (
H
r
) luôn tiếp tuyến với đờng sức từ.
1.1.4.3 Đờng sức từ

- Đờng sức từ là một đờng nối liền giữa các hớng của cờng độ từ trờng tại các điểm,
trong từ trờng đều đờng sức có dạng đờng thẳng, trong từ trờng không đều đờng sức có
dạng cong. (hình 1.2)
-Trong thực tế hàng hải cho phép coi từ trờng của trái đất ở không gian tàu chiếm chỗ
là từ trờng đều. Với giả thiết nh vậy đơn giản rất nhiều cho việc nghiên cứu la bàn .
- Đờng sức từ luôn đi vào ở cực nam (S) và đi ra ở cực bắc (N).
*Chú ý : Sự biến dạng của đờng sức :
+ Trong từ trờng thanh nam châm đặt một vật liệu bằng kim loại thì đờng sức từ bị biến
dạng. Chứng tỏ giúp ta giả thích ở những khu vực có nhiều mỏ quặng kim loại có khả năng
nhiễm từ mạnh sẽ làm cho dờng sức từ của từ trờng trái đất biến dạng mạnh dẫn đến hiện
tợng nhiễu loạn từ, thậm trí sinh ra bão từ gây tổn thất nặng cho các thiết bị điện, trạm biến
áp điện trên bờ cũng nh các thiết bị điện trên tàu.v.v
+ Đờng sức không xuyên qua hình trụ rỗng bằng kim loại nên tầu ngầm không đặt đợc
la bàn vì ở đây la bàn từ không có khả năng định hớng.

1.2 Cờng độ từ trờng của nam châm thẳng

Trong la bàn từ ngời ta sử thờng sử dụng các thanh nam châm thẳng, có tiết diện
vuông hoặc tròn. Những thanh nam châm nh vậy thì trục từ thờng trùng với trục hình học
của nó. Sau đây ngời ta nghiên cứu ba trờng hợp cờng độ từ trờng của thanh nam châm
thẳng tác dụng lên một điểm. Ba trờng hợp này thờng phổ biến trên tàu nh sau .
1.2.1 Xét cờng độ từ tại một điểm ở trên đờng trung trực của thanh nam châm.
- Xét thanh nam châm thẳng NS có từ khối là m. Khoảng cách 2 cực là 2l. Xét điểm B
trên đờng trung trực thanh NS có từ khối +1 đơn vị.
Chơng 1 Khái niệm cơ bản về từ trờng

6
Khoảng cách OB = d. Giả thiết d >> l .
- Gọi cờng độ từ trờng của thanh nam châm tác dụng lên điểm B là H1, gọi lực tác
dụng 2 cực lên điểm B là FN và FS hợp lực của hai lực này là :

SN
FFH
r
r
r
+=
1
.
áp dụng định luật Culông ta có :

)(
22
ld
m
FF
SN

+
==
Xét về độ lớn :
H
1
= F
N
cos + F
S
cos = cos(F
S
+F
N
).
Mặt khác ta có :
2/3
2
2
3
3
2
2
6
322
22
22
1
22
)1(
)1(

)(
2
)
2
(cos
d
l
d
M
d
l
d
M
ld
ml
ld
m
ld
l
H
ld
l
+
=
+
=
+
=
+
+

=
+
=

Từ giả thiết d>>l
2
2
d
l


0 H
1
=
3
d
M
.
Vậy véc tơ cờng độ từ trờng H
1
có hớng song song với trục thanh nam châm và có
chiều hớng về cực S.
*Chú ý : Nếu điểm A nằm gần trung tâm thanh nam châm thì tỷ số
2
2
d
l
không đợc bỏ
qua và trong trờng hợp đó ta tính toán theo công thức gần đúng sau :
)

2
3
1(
2
2
3
1
d
l
d
M
H
=
(1.4)
Có đợc công thức trên khi ta đã triển khai thành phần
2/3
3
2
)1(

+
d
l
thành chuỗi và lấy
hai số hạng đầu.

1.2.2 Cờng độ từ trờng của thanh nam châm tác dụng lên một điểm trên đờng
trục từ (Hình 1.4)

- Xét thanh nam châm thẳng NS có từ khối là m .(Hình 1.4)

Khoảng cách 2 cực là 2l.
Từ khối điểm A +1 đơn vị .
Khoảng cách từ A đến trung
tâm thanh nam châm OA = d. Giả
thiết d>>L.
- Xét cờng độ từ trờng tác
dụng lên điểm A là H
2
:
Ta gọi lực từ tác dụng của cực N là F
N
, cực S là F
S
. Theo định luật cu lông ta có:
2l



S

d

A

F
S

O

F

N

N


Hình 1.4

1/12

1/12

d

Fs

H
1

F
N

B

S

N

(
-
)m

(+)m



o
2 l

Hình 1.3

Chơng 1 Khái niệm cơ bản về từ trờng
7
F
N
=
2
)( ld
m

+
; F
S
=
2
)( ld
m
+

.
SN

FFH
r
r
r
+=
2
H
2
= F
N
+ F
S
=
2
)( ld
m

+
+
2
)( ld
m
+

.
2
2
2
4
2222

222
22
2
)1(
22
)(
)()(
d
l
d
ldldldld
m
ld
ldmldm
H

+++
=

+
=
.
2
2
2
32
2
2
4
2

)1(
2
)1(
4
d
l
d
M
d
l
d
mld
H

=

=

2
2
d
l
rất nhỏ cho nên ta có thể bỏ qua
3
2
2
d
M
H =
- M là mô men từ của thanh nam châm.

Vậy véc tơ cờng độ từ trờng H
2
có phơng trùng với phơng của trục dọc thanh nam
châm, chiều từ đầu N đi ra.
*Chú ý : Nếu điểm A ở gần thanh nam châm thì không đợc bỏ qua thành phần
2
2
d
l
khi
đó ta tính theo công thức :

)21(
2
2
2
3
2
d
l
d
M
H +=
(1.5)
Công thức này đã đợc khai triển thành phần
2
2
2
)1(

d
l
thành chuỗi và chỉ lấy hai số
hạng đầu.

1.2.3 Cờng độ từ trờng của thanh nam châm thẳng tác dụng lên một điểm nằm ở
vị trí bất kỳ.(Hình 1.5)



Từ hình vẽ ta có :
M
1
= M.sin ; M
2
= M.cos.
ở đây là góc hợp bởi giữa trục thanh NS và hớng OC .
- Xét thanh nam châm NS có từ khối
m,
khoảng cách giữa hai cực là 2l . Xét điểm
C ở vị trí
bất kỳ có từ khối +1đơn vị, gọi khoảng cách OC =
d, giả thiết d>>l . Giả sử thanh nam châm NS có mô
men là M. Ta chiếu véc tơ M lên 2 hớng OC và
hớng vuông góc với OC ta đợc M
1
và M
2
bằng

cách đó ta thay thanh nam châm NS thành 2 thanh
nam châm N
'
S
'
và N"S". Một thanh N
'
S
'
có điểm C
nằm trên đờng trung trực.

Một thanh N"S" có điểm
C nằm trên đờng trung trực .

Hình 1.5

(+)m

C

H
1

d



-
(m)

H
2

H

N

S

M
2


M
1

Chơng 1 Khái niệm cơ bản về từ trờng

8
- Cờng độ từ trờng thanh nam châm N
'
S
'
tác dụng lên điểm C là H
1
. Theo chứng minh
phần b ta có :

sin
33
1
1
d
M
d
M
H == .
- Cờng độ từ trờng thanh nam châm N"S"tác dụng lên điểm C là H2 .
Ta có :

cos
2
2
33
2
2
d
M
d
M
H ==
Tổng hợp H
1
và H
2
có cờng độ từ trờng H gây ra ở điểm C là :

+=
21
HHH
V
r
r
r
độ lớn thì H
2
V
=
2
3
2
3
)cos()sin(

d
M
d
M
+
H
2
V
= )cos4.(sin)(
222
3

+

d
M

H
2
V
= )cos4cos1.()(
222
3

+
d
M


2
3
cos31+=
d
M
H
V
. (1.6)


1.3. Sự tác dụng lẫn nhau của hai thanh nam châm đặt trong từ
trờng đều.

NA = 2lsin
Dới tác dụng của mô men quay này, kim nam châm sẽ quay và định hớng dọc theo
hớng của véc tơ cờng độ từ trờng H
r
. Giá trị mô men quay ký hiệu là P đợc tính
theo công thức .
P = 2lmHsin (4) (1.7)

* La bàn từ đợc
đặt trong từ trờng của trái đất.
Trong quá trình xét coi từ trờng của trái đất là đều,
đợc tiến hành sử dụng một thanh nam châm thẳng đặt
cố định trong thân la bàn, và một kim nam châm đặt trên
chậu la bàn có khả năng quay quanh trọng tâm của nó.
Để đơ
n giản ta biểu diễn thanh nam châm và kim nam
châm dới dạng sơ đồ (Hình 1.6).
Nếu kim nam châm NS có mô men là 2ml, đặt trong từ

trờng đều có cờng độ từ trờng H , thì chúng chịu tác
dụng của hai lực là +mH và -mH (Hình 1.6
). Các lực
+mH , -mH tạo với n
hau thành một ngẫu lực với cách
tay đòn là NA .
Hd


H

-
mH

+mH

A

n


2l

Hình 1.6

Chơng 1 Khái niệm cơ bản về từ trờng
9
Giả sử tại một vị trí nào đó trong không gian xung quanh kim nam châm ta đặt một
thanh nam châm thẳng N-S cố định , có mô men từ là M (hình 1.7) .

Cờng độ từ trờng của thanh nam châm N-S ở trọng tâm của thanh nam châm ta tính
đợc theo công thức đã nghiên cứu ở 1.2 .

sin
3
1
d
M
H =
và

cos
2
3
2
d
M
H =

- ở đây
1
H
r
có hớng vuông góc với đờng 00
1
và
2
H
r
có hớng song song với 00
1
. Do vậy lực
tác dụng của thanh nam châm N-S lên kim nam châm có thể tính đợc là: mH
1
và mH
2
các
lực này tạo ra những ngẫu lực và đợc tính theo công thức (1.7) là : 2lmH
1
cos(

-) và
2lmH
1
sin(

-) .

Tính tất cả 3 mô men làm quay kim nam châm và tổng hợp lại ta có :

2lmHsin-2lmH
1
cos(

-) - 2lmH
2
sin(

-) = 0
hay : Hsin-H
1
cos(

-) - H
2
sin(

-) = 0 .
Thay giá trị H
1
và H
2
vào ta có điều kiện toán học cân bằng của kim nam châm :
Hsin-
3
d
M
sin .cos(-) -
3
2

d
M
cossin(-) = 0 (1.8)
Dới đây ta nghiên cứu 2 trờng hợp đặc biệt về lực tác dụng lẫn nhau của kim nam
châm và thanh nam châm thẳng dới tác dụng của từ trờng đều H - vị trí Gay-lys-Sắc thứ
nhất và thứ hai .
+ Vị trí Gay-Lys-Sắc thứ nhất.
Trục của thanh nam châm nằm vuông góc với hớng từ trờng đều H hay trọng tâm của
kim nam châm nằm trên đờng trục của thanh nam châm. Vị trí này tơng ứng với vị trí nam
châm khử độ lệch tàu nghiêng trong thân la bàn từ.
Trong trờng hợp này góc = 0, = 90
o
. Thay giá trị này vào biểu thức (1.8) ta có:
Hsin -
3
2
d
M
cos = 0
+mH

Hình 1.7


-




+mH

2

+mH
1

N

H

H

S

-
mH

-
mH
1

-
mH
2

N

S

o

Chơng 1 Khái niệm cơ bản về từ trờng

10
hay H =
3
2
d
M
cotg (1.9)










Công thức (1.9) dùng trong thực tiễn để xác định thành phần nằm ngang của từ trờng
trái đất .
Để xác định H ta tiến hành nh sau : đặt một thanh nam châm thẳng có mô men từ M , ở
trong từ trờng trái đất H . Trên khoảng cách d đã biết đặt một kim nam châm ở vị trí Gay-
Lys-Sắc thứ nhất , đo góc lệch của kim nam châm theo công thức (1.9) ta tính đợc H.
Công thức (1.9) cũng đợc sử dụng để tính Mômen từ của thanh nam châm thẳng khi đã biết
từ trờng H, khoảng cách d, góc lệch . Tính Mômen từ M từ công thức (1.9).
H =
tgHd

3
2
1
.









+ Trong trờng hợp này = 90
o
, = 0 thay và vào biểu thức cân bằng của kim nam
châm ta có :
0cot0cossin
33
===

g
d
M
H
d
M
H
(1.10) .

Công thức (1.10) dùng để xác định thành phần từ trờng của quả đất và mô men từ thanh
nam châm .
s

N
H

O1

O
= 90



d
H

H
2

Hình 1.8

Hình 1.9

O
O1



S

H

N

H
1



N

S

+Vị trí Gay
-
Lys
-
Sắc thứ hai : Thanh nam
châm đặt vuông góc với từ trờng H hay
trọng tâm kim nam châm nằm trên đờng
vuông
góc với trục thanh nam châm và đi qua
trung điểm của thanh . Vị trí này tơng ứng
với vị trí nam châm khử độ lệch bán vòng
(
hình 1.9).

Chơng 1 Khái niệm cơ bản về từ trờng
11

1.4 Vật thể sắt từ - Phơng pháp luyện sắt từ thành nam châm

1.4.1 Tính chất của vật thể sắt từ .
Tất cả các chất tuỳ theo giá trị độ từ thẩm à của chúng mà ngời ta có thể chia ra thành
3 loại:
- Các chất phản từ , ứng với à < 1.
- Các chất thuận từ , ứng với à > 1.
- Các chất sắt từ , ứng với à >> 1.
1.4.1.1 Các chất sắt từ .
Các chất sắt từ có độ từ thấm rất lớn (à >> 1), nên nó có khả năng từ hoá đặc biệt .
Khả năng từ hoá đặc biệt của vật thể sắt từ có thể đợc giải thích nh sau :
+ Vật thể sắt từ đợc cấu tạo bởi vô số các nam châm phân tử. Nếu các nam châm phân
tử chuyển động hỗn loạn thì lực tác dụng giữa chúng trong trờng hợp tổng quát bằng 0 và vật
thể không có từ tính. Các nam châm phân tử tác dụng tơng hỗ và giữa chúng ở vị trí cân
bằng.
+ Nếu ta đem vật thể sắt này đặt vào trong một từ trờng, dới tác dụng của các lực , các
nam châm phân tử bị định hớng theo hớng xác định, nghĩa là nó bị từ hoá. Sau khi tất cả các
nam châm phân tử đã định hớng theo từ trờng ngoài thì nó ở tình trạng bão hoà từ và không
có khẳ năng từ hoá hơn nữa .
+ Nếu ta triệt tiêu từ trờng từ hoá bên ngoài, thì do lực tác dụng tơng hỗ giữa các phân
tử lại làm chúng chuyển động hỗn loạn trở về tình trạng đầu. Nhng do hiện tợng định hớng
song song của các nam châm phân tử, mặt khác lực tác dụng tơng hỗ giữa chúng phát sinh
không hoàn toàn nh tình trạng ban đầu, do vậy chúng vẫn còn một lợng từ d khi từ trờng
bên ngoài triệt tiêu, chúng có thể trở thành nam châm .

1.4.1.2 Các chất thuận từ .
Các chất thuận từ có độ từ thẩm à >1đơn vị, chất này bị từ hoá theo hớng của từ trờng
ngoài. Nhng do chuyển động nhiệt phân tử ở trong chất thuận từ đã làm giảm khả năng định
hớng của nam châm phân tử , vì vậy chất thuận từ bị từ
hoá yếu không dùng làm nam châm vĩnh cửu .

1.4.1.3 Các chất phản từ : à < 1đơn vị.
Các chát phản từ có các nam châm phân tử bị từ hoá
theo hớng ngợc lại với từ trờng từ hó, nên khả năng từ
hoá của nó nhỏ hơn một đơn vị .

O
+B

Hình 1.10 Đờng cong từ trễ

a

b

c

f
e

-
H

-
B

d

+H

Chơng 1 Khái niệm cơ bản về từ trờng

12
1.4.2 Đặc tính từ hoá của sắt từ .
Cho một thỏi sắt từ vào trong lòng một ống dây và cho dòng điện chạy qua cuộn dây đó.
Ban đầu tăng dần cờng độ từ trờng H thì cảm ứng từ B cũng tăng, theo tỷ lệ thuận khi cờng
độ từ trờng H đạt tới cờng độ từ trờng của cuộn dây thì cảm ứng từ B không tăng nữa, đạt
giá trị lớn nhất. Điểm a là điểm bão hoà từ (hình 1.10). Nếu sau đó ta giảm từ từ cờng độ từ
trờng H, thì cảm ứng từ B cũng giảm dần không theo đờng cũ mà theo một đờng khác gọi
là đờng trễ ab, khi H giảm về 0. Hiện tợng trễ này cũng cho ta thấy vật thể sắt từ có tính
chất từ hoá đặc biệt, đoạn ob gọi là từ d.
Ta tiếp tục từ hoá ngợc, tức là đổi chiều dòng điện trong cuộn dây. Khi tăng cờng độ
từ hoá ngợc thì cảm ứng từ B cũng giảm dần theo đờng cong bc. Khi cờng độ từ trờng đạt
giá trị
oc
thì cảm ứng từ B triệt tiêu, đoạn
oc
gọi lực giữ từ. Tiếp tục tăng H theo hớng oc thì
B cũng tăng theo đến điểm d thì B không tăng nữa. Điểm d gọi là điểm bão hoà từ. Ta tiếp tục
giảm H về không thì thỏi sắt từ vẫn tồn tại cảm ứng từ theo đoạn de (điểm e đối xứng điểm b).
Tiếp tục tăng H thì B tăng theo (đoạn ef ). Tiếp tục tăng H thì đờng cong lại về trùng điểm a.
Vậy đờng cong (oabcdefa) là đờng cong từ trễ biểu thị quá trình từ hoá của sắt trong
từ trờng. Lực giữ từ oc là đặc tính quan trọng nhất của vật liệu sắt từ .

1.4.3 Vật liệu nam châm từ .
Căn cứ vào lực giữ từ (hay còn gọi là lực kháng từ) ngời ta chia vật liệu sắt từ làm hai
loai : sắt từ cứng và sắt từ mềm.

1.4.3.1 Sắt từ cứng.
Sắt từ cứng là những vật liệu sắt từ có lực kháng từ lớn, tức là có khả năng giữ từ lớn ,

nó đợc sử dụng để chế tạo nam châm vĩnh cửu. Các sắt từ cứng đặc biệt là thép các bon thép
crôm và thép có chứa nhiều co-ban. Sắt từ cứng tơng ứng với vật liệu sắt từ có lực kháng từ
lớn hơn 20
oe
.

1.4.3.2 Sắt từ mềm.
Sắt từ mềm là những vật liệu sắt từ có lực kháng từ nhỏ, hầu nh không có khả năng dữ
lại từ tính . Những vật liệu sắt từ đợc gọi là sắt từ mềm khi lực kháng từ nhỏ hơn 2
oe
.
Dới đây là lực kháng từ của một số vật liệu sắt từ :
Hợp kim Platin - Coban 4000 oe
Hợp kim Platin - Sắt 15000 oe
Hợp kim "Magnhit" 550 oe
Hợp kim "Vickal" 500 oe
Thép Co-ban 220 oe
Thép Von - Fram 60 oe
Chơng 1 Khái niệm cơ bản về từ trờng
13
Thép đóng tàu 8 oe
Sắt"Armko" 0,8 oe
Hợp kim"Pecmaloi" 0,05 oe .
* La bàn từ có các thiết bị khử độ lệch đợc chế tạo từ sắt từ cứng và sắt từ mềm nh sau :
+ Các vật liệu sắt từ cứng nh các thanh khử độ lệch bán vòng, khử độ lệch lệch tàu
nghiêng và hệ thống kim từ của một số la bàn. Các loại nam châm nàyđợc chế tạo bằng thép
Vonfram , thép Crôm , thép Coban và một số hợp kim đặc biệt khác, các chất này có lực
kháng từ lớn tới 100
oe
.

+ Ngời ta thờng chế tạo các thỏi nam châm có tiết diện tròn hoặc vuông, kích thớc
tiết diện rất nhỏ so với chiều dài của chúng , đầu bắc sơn màu đỏ, đầu nam sơn màu đen hoặc
trắng . Mô men từ của thanh nam châm có thể đợc ghi ngay trên thân thanh nam châm cùng
với năm sản suất , số liệu suất xởng . Các thanh nam châm để khử độ lệch có mô men từ rất
lớn có thể đạt tới 35000 đơn vị C.G.S.M tuỳ theo từng nớc sản xuất, tuỳ theo khoảng cách đặt
thanh khử với một số la bàn .
+ Để chế tạo nam châm có mô men từ lớn ngời ta tiến hành chế tạo sắt từ và cho từ hoá
đặc biệt. Đầu tiên ngời ta đem tôi bằng cách nung chúng lên 800
0
C - 1200
0
C (nung tới nhiệt
độ nào đó là tuỳ thuộc vào loại hợp kim chế tạo thanh nam châm). Sau đó bỏ nhanh chúng ra
ngoài không khí hoặc cho vào nớc vào dầu (cho vào loại môi trờng nào tuỳ loại hợp kim).
Sau khi tôi xong, các thanh nam châm đợc đem làm ổn định cấu tạo bằng cách luộc chúng ở
trong nớc sôi (100
0
C) . Bằng cách này đảm bảo ổn định thành phần hoá học của thanh nhanh
hơn so với nhiều phơng pháp khác. Một giờ luộc thanh sắt từ nh vậy có tác dụng bằng để
thờng hoá ngoài không khí bằng mấy năm .
Sau khi đã ổn định cấu tạo ngời ta đem từ hoá chúng. Để từ hoá đợc chúng, với thép
Vonfram và thép Crôm , cờng độ từ trờng từ hoá phải đạt tới 400 oe đến 500 oe , còn thép
Coban thì phải từ 1000 oe đến 1500 oe.
Sau khi từ hoá xong ngời ta đem nam châm đi ổn định từ tính, tức là loại trừ các từ
trờng cục bộ nảy sinh trong các giờ đầu tiên. Mặt khác ổn định từ tính còn có tác dụng làm
cho thanh nam châm ít nhạy cảm với các dao động cơ học và các từ trờng bên ngoài, nh thế
cũng có nghĩa là ổn định đợc mô men từ của thanh nam châm .
ổn định từ hay còn gọi là già từ đợc ngời ta thực hiện bằng cách đặt thanh nam châm
vào trong một cuộn dây có dòng điện xoay chiều chạy qua. Tần số dao động của dòng điện
đợc chọn tơng ứng với các pha dao động điện hoặc dao động cơ học trên tàu thờng tác

dụng vào la bàn. Sau khi cho dòng điện vào ngời ta dần dần giảm dòng điện về 0 .
Bằng cách ổn định nh vậy các thanh nam châm sẽ có khả năng ít nhạy cảm với các hiện
tợng va đập , rung động. Mô men từ của chúng giữ đợc cố định khi biên độ dao động nhiệt
Chơng 1 Khái niệm cơ bản về từ trờng

14
tới 30
0
C và khi cờng độ từ trờng ngoài thay đổi tới 2
oe
ứng với nam châm Vonfram và
Crôm , tới 3
oe
ứng với nam châm Coban - Crôm .
Các thanh nam châm vĩnh cửu thờng đợc bảo vệ trong hộp gỗ đặc biệt, các nam châm
để cách nhau không nhỏ hơn 5 cm , tuỳ theo mô men từ lớn hay nhỏ. Các lực cùng tên để khác
phía trong hộp gỗ không nên dính các thanh nam châm với nhau vì làm nh thế khi tách chúng
ra sẽ không đảm bảo đợc cố định từ tính theo thời gian. Để tránh hiện tợng rỉ ngời ta
thờng sơn cực bắc màu đỏ, cực nam màu xanh không nên để nam châm ở nơi có nhiệt độ
cao, nơi có từ trờng cờng độ lớn hơn 3 oe . Các thanh nam châm không đợc đặt gần các vật
bằng sắt .
* Sắt từ mềm để khử độ lệch phần t, độ lệch cảm ứng ngời ta sử dụng sắt từ mềm.
Chúng đợc chế tạo thành các thỏi có tiết diện tròn, quả cầu hoặc các tấm hình chữ nhật. Các
thỏi và tấm đợc chế tạo bằng sắt non có lực kháng từ nhỏ hơn 1,5 oe còn quả cầu đợc chế
tạo bằng gang có lực kháng từ nhỏ hơn 3,5
oe
. Để chống rỉ ngời ta có thể đem sơn màu xanh,
đen.v.v

1.5 Từ trờng của trái đất - độ lệch địa từ

1.5.1 Khái niệm địa từ trờng.
Qua thí nghiệm, khi treo một kim nam châm tự do trên bề mặt của trái đất ở bất kỳ vị trí
nào cũng quan sát thấy một đầu kim nam châm luôn định hớng. Từ thí nghiệm trên chứng tỏ
trái đất luôn có từ trờng. Từ trờng luôn bao quanh bề mặt trái đất, trên không gian, trong
lòng đất và cả dới nớc biển đều phát hiện thấy có từ lực tác dụng. Từ trờng của quả đất có
ý nghĩa rất lớn trong cuộc sống con ngời. Trong không gian hàng nghìn kilômét bao quanh
mặt đất, từ trờng của quả đất cũng nh môi trờng ngăn tia sáng vũ trụ xuyên vào quả đất.
Do đó nó bảo vệ đơc cuộc sống của các sinh vật trên mặt đất khỏi bị huỷ diệt do phóng xạ.
Nghiên cứu từ trờng của quả đất cho phép chúng ta khái quát những nét cơ bản để xây dựng
bề mặt quả đất, phát hiện ra những vỉa quặng có ích, nghiên cứu các hiện tợng phát sinh từ
mặt trời và không gian vũ trụ. Một ví dụ rõ ràng nhất là con ngời đã biết lợi dụng từ trờng
của quả đất để chế tạo ra địa bàn giúp con ngời đi trong rừng, đi trên sa mạc, chế tạo ra la
bàn để đi lại trên biển.
Trong năm vật lý địa cầu 1957-1958 các nhà khoa học đã nghiên cứu và thí nghiệm
dùng các máy móc đo từ tính, đo đợc các yếu tố từ trờng trên mặt đất. Trong thực tế thì từ
trờng của quả đất khá phức tạp, để đơn giản, cho phép ta coi từ trờng của quả đất nh một
nam châm khổng lồ, có cực nam(S) nằm ở gần địa cực bắc, cực bắc(N) của nam châm nằm ở
gần địa cực nam của trái đất. Đờng đi qua hai cực từ gọi là trục từ Pm P'm (hình 1.11), trục từ
nghiêng với trục trái đất một góc là 12 độ . Cực từ của nam châm hàng năm có thay đổi vị trí.
Chơng 1 Khái niệm cơ bản về từ trờng
15
Ví dụ: Khảo sát năm 1950 : cực bắc từ ( = 72
0
N, =96
0
W ) . Cực nam từ(( = 70
0
S ,
=150

0
20'E) cực từ Pm ở gần địa cực bắc có từ tính nam và cực từ P'm ở gần địa cực nam có từ
tính bắc nên kim nam châm của la bàn luôn hớng về phía cực Pm. Thế nhng khi gọi tên ta
gọi cực Pm là cực bắc và cực P'm là cực nam tơng ứng với tên của cực địa lý:
- Theo lý thuyết sức từ đi vào ở cực nam Pm , từ trờng mang dấu dơng , đi ra ở cực
bắc P'm, từ trờng mang dấu âm .



















1.5.2 Các phân lực địa từ và ảnh hởng của nó .
Xét điểm A bất kỳ trên bề mặt trái đất , chịu
tác dụng của cờng độ địa từ trờng ký hiệu là T.
Véc tơ cờng độ từ trờng (
T

r
) ở tại mỗi điểm luôn
tiếp tuyến với đờng sức từ. Nếu Tại điểm A ta
treo một kim nam châm thì trục kim nam châm sẽ
nằm theo hớng của véc tơ (
T
r
) và lệch với mặt
phẳng nằm ngang một góc , góc gọi là độ từ
nghiêng . Nếu đầu bắc kim nam châm chúi xuống
thì góc mang dấu dơng , nếu đầu bắc kim nam
châm ngẩng lên thì góc mang dấu âm. Nh vậy ở cực
thì góc = 90
0
,
T
r
đi vào ở cực bắc và đi ra ở cực nam. ở xích đạo = 0
0
, đờng nối các
điểm có = 0
0
gọi là xích đạo từ, xích đạo từ có dạng đờng cong không đều nó ở gần xích
đạo địa lý. Các điểm có cùng độ từ nghiêng nối lại gọi là vĩ độ từ .
Phân tích véc tơ cờng độ từ trờng T thành hai thành phần.
- Thành phần nằm ngang : H .
- Thành phần thẳng đứng : Z
Thành lập công thức biểu thị mối quan hệ giữa các phân lực :
Ta có: T
2

= H
2
+ Z
2

A

Z

d

H

Hd

Nt

T



Hình 1.12 Các phân lực địa từ


P
m
P
m

P

N
P
S
12
o

A

H

T

Z


Hình 1.11 Từ trờng Trái
đất

Chơng 1 Khái niệm cơ bản về từ trờng

16
H = Tcos
Z = Tsin
tg =
H
Z

=> Nhận xét : Phân lực H gọi là phân lực định hớng nghĩa là dới tác dụng của phân
lực nằm ngang H luôn kéo kim nam châm của la bàn chỉ hớng bắc địa từ (Nd) , kinh tuyến đi
qua gọi là kinh tuyến địa từ , kinh tuyến địa từ đợc chọn làm mốc tính hớng đi và phơng vị

địa từ.
Qua công thức ta thấy nếu điểm A ở xích đạo thì = 0 H = T = H
Max
(khoảng 0,4 oe),
Z = 0 chứng tỏ la bàn hoạt động ở vùng xích đạo , gần xích đạo khả năng định hớng tốt nhất.
Khi vĩ độ càng tăng thì H càng giảm , ở cực thì = 90
0
H = 0 chứng tỏ la bàn không có khả
năng hoạt động .
- Phân lực Z không có tác dụng định hớng .
1.5.3 Độ lệch địa từ (Hình 1.13)
Do trái đất có từ trờng, lực địa từ tác dụng vào kim nam châm la bàn làm kim la bàn
không chỉ hớng bắc thật ký hiệu (N
t
) mà chỉ sang một hớng khác gọi là bắc địa từ (N
d
) ,
kinh tuyến đi qua gọi là kinh tuyến địa từ, kinh tuyến
địa từ đợc chọn làm mốc để tính hớng đi địa từ (H
d
)
và phơng vị địa từ (P
d
) vậy góc lệch giữa kinh tuyến
địa từ và kinh tuyến thật gọi là độ lệch địa từ d .
Nếu đầu bắc kim nam châm lệch về phía đông (E)
so với kinh tuyến thật thì d mang tên đông (E) và lấy
dấu (+) . Nếu bắc kim nam châm lệch về phía tây so với
kinh tuyến thật d thì mang tên tây (W) lấy dấu (-).
ở những điểm khác nhau trên mặt đất, độ lệch địa

từ có giá trị khác nhau, nó có thể biến thiên từ 0
0
đến
180
0
W
E
.
Giá trị và sự phân bố từ trờng trên bề mặt trái đất đợc ngời ta biểu thị bằng các bản
đồ đặc biệt gọi là bản đồ từ. Các bản đồ này đợc xây dựng theo định kỳ vì từ trờng của trái
đất thay đổi theo thời gian . Ví dụ bản đồ từ xây dựng năm 1995 có nghĩa là các tài liệu sử
dụng đợc tính từ lúc 0
h
00
m
ngày 01/ 01/1995 theo kinh tuyến gốc . Trên bản đồ vùng đợc vẽ
các đờng đẳng trị . Mỗi đờng đẳng trị yếu tố từ trờng có một tên gọi riêng . Đờng đẳng trị
độ lệch địa từ gọi là đờng đẳng độ lệch địa từ , đờng đẳng trị các lực T , H và Z gọi là đờng
đẳng từ .
Nd

S

N

d
E
(+)
d
W

(-)
Nd

Nt

Hình 1.13

Chơng 1 Khái niệm cơ bản về từ trờng
17
Các bản đồ từ trờng có hai loại, một loại tỷ lệ xích lớn , một loại có tỷ lệ xích nhỏ .
Những bản đồ có tỷ lệ xích lớn đợc dựng cho một vùng nhỏ, mạng lới đờng đẳng trị dầy
đặc nó chỉ tất cả các từ trờng đặc biệt ở vùng này. Bản đồ tỷ lệ xích nhỏ đợc xây dựng cho
một vùng biển lớn hoặc cho toàn bộ thế giới, trên đó biểu thị khái quát các đờng đẳng trị ,
các yếu tố từ trờng .
Các yếu tố từ trờng trái đất không cố định mà luôn luôn thay đổi, nguyên nhân gây ra
sự thay đổi này thì cho tới nay khoa học vẫn cha giả đáp đợc thoả mãn. Từ trờng của trái
đất đợc phát sinh do hai loại từ trờng : Từ trờng chính và từ trờng biến đổi .
Từ trờng chính cũng không phải là cố định, khi quan sát liên tục nhiều năm , ngời ta
thấy nó thay đổi chậm . Sự thay đổi giá trị trung bình trong năm gọi là sự thay đổi thế kỷ . Sự
thay đổi giá trị từ trờng trung bình trong một ngàyđêm gọi là sự thay đổi ngày đêm , thờng
rất nhỏ nên trong thực tiễn ngời ta bỏ qua .
Sự thay đổi mang tính chu kỳ năm này qua năm khác đợc ghi sẵn trên hải đồ đi biển,
theo từng hoa địa từ cho từng khu vực. Hoa địa từ là một vòng tròn chia độ từ 0
0
đến 360
0
trong
vòng tròn ghi sẵn các giá trị độ lệch địa từ, năm khảo sát địa từ và lợng thay đổi hàng năm .

Ví dụ: Trên hải đồ Việt Nam có ghi: Tại khu vực biển Long Châu ĐLĐT : 0
0
55
w
- 1995
có nghĩa là độ lệch địa từ khảo sát năm 1995 là d = 0
0
55w hàng năm không thay đổi. (hình
1.14).
Ví dụ : trên hải đồ Anh có ghi : Tại khu vực biển Hồng Kông là : MagVar 2
0
05
w
-1990
(4'W) có nghĩa là độ lệch địa từ khảo sát năm 1990 là d = 2
0
05W , thay đổi theo hàng năm
4'W. (Hình1.15)
Từ trờng biến đổi thì độ lệch địa từ cũng biến đổi liên tục có tính chất đều đặn nhng
có những ngày chúng thay đổi đột biến cả về chu kỳ lẫn biên độ. Sự thay đổi đột biến có
cờng độ rất lớn, có thể xảy ra mọi nơi trên trái đất hay một vài địa phơng ngời ta gọi là bão
từ. Thời gian bão từ có thể xảy ra từ hai đến ba ngày đêm.
Trong những năm gần đây nhờ có vệ tinh nhân tạo của trái đất, ngời ta đã biết đơc

nguồn gốc của sự biến đổi từ trờng là do dòng cảm ứng xuất hiện ở tầng cao của khí quyển
Hình 1.14

180
o

270
o

90
o

ĐLĐT : 0
o
55
w
1995.
Hàng năm không thay đổi
0
o

Hình 1.15

270
o

90
o

0

o

Mag Var 2
o
0 5
w
-
1990(4w)

180
o

Chơng 1 Khái niệm cơ bản về từ trờng

18
tới vài nghìn kilômét. Những dòng nh vậy chủ yếu là dòng các phân tử mang điện từ mặt trời
đến. Nghiên cứu từ trờng trái dất ở nớc ta cha có cơ quan nào tiến hành một cách quy mô.
ở nớc ngoài đã có nhiều nhà bác học, nhiều cơ quan nghiên cứu nh : viện từ trờng trái đất,
viện nghiên cứu tầng điện li và sự lan truyền của sóng vô tuyến . vv.

1.6 nguyên tắc làm việc của la bàn từ

Nếu ta đã biết, thành phần nhạy cảm của la bàn là kim từ . Khi kim la bàn đợc treo tự
do thì trục kim của nó sẽ định hớng dọc theo véc tơ cờng độ từ trờng (
T
r
) của trái đất và
chỉ ra mặt phẳng kinh tuyến từ. Nhng kim từ treo tự do không thể sử dụng làm thành phần
nhạy cảm cho la bàn từ hàng hải đợc , bởi vì khi độ từ nghiêng lớn (ở vĩ độ cao ) xác định
hớng nằm ngang theo kim nghiêng rất khó khăn. Vì vậy trong các la bàn từ hàng hải ngời ta

tìm cách treo thành phần nhạy cảm sao cho nó chỉ tự động xoay trong mặt phẳng nằm ngang
(hình 1.16), thể hiện một kim từ đợc treo nh vậy . Trục kim tạo vói thanh phần nằm ngang
của từ trờng trái đất , nghĩa là với kinh tuyến từ một góc .
Từ trờng trái đất ở trong không gian kim nam
châm chiếm chỗ có thể coi nh là từ trờng đều. Với điều
kiện này theo công thức (1.7) kim từ chịu tác dụng một
mômen quay P.
P = 2lmHsin (1.11)
ở đây 2l là chiều dài kim từ và m là từ khối mỗi lực
kim từ
Biết 2lm = M là mômen từ của kim nam châm do đó
P = MHsin .
Dới tác dụng của mômen quay P kim nam châm
xoay về phía kinh tuyến từ. Xong do có ma sát ở điểm đỡ
cho nên kim sẽ ổn định trên hớng khác với kinh tuyến
từ. Theo công thức trên thì kim từ chỉ ổn định khi = 0 tức là sin = 0 , do vậy P = 0 .
Mô men P gọi là mômen quay của kim la bàn từ . Trong thực tế do điều kiện ổ đỡ thành
phần nhạy cảm cha lý tởng cho nên vẫn tồn tại một lực ma sát làm triệt tiêu bởi mômen
quay P. Tức là kim từ sẽ ổn định ở vị trí ứng với một góc nhỏ , góc này gọi là góc i' ký hiệu
là .
Vật liệu ma sát triệt tiêu bởi lực P l à : Q
Q = M.H.sin

T

Z

+mH

S

M

Nt

N

Hình 1.16

-
m H

Chơng 1 Khái niệm cơ bản về từ trờng
19
Với nhỏ nên có thể viết Q = MH. Hay =
MH
Q

La bàn nào càng có góc i' nhỏ thì la bàn ấy càng tốt .
+ Muốn giảm i' ta làm giảm lực ma sát Q ở điểm ổ đỡ đạt giá trị nhỏ nhất. Để đạt đợc
yêu cầu này ngời ta gắn kim từ vào đáy mồt chiếc phao kín nớc bằng nhựa hoặc bằng đồng,
sau đó thả chúng vào dung dịch cồn và nớc cất. Toàn bộ thành phần nhạy cảm đợc đỡ trên
một kim trụ . Đỉnh kim trụ và ổ đỡ ngời ta gắn kim loại cứng. Với điều kiện hoạt động nh
trên lực ma sát đạt giá trị nhỏ nhất .
+ Mặt khác để giảm góc i' ta tăng mômen từ của kim nam châm, bằng cách ngời ta chế
tạo kim từ không phải là một thanh nam châm mà bằng một cặp hay nhiều căp thanh nam
châm đặt song song, cùng cực, cùng từ lực, đối xứng qua trọng tâm kim la bàn. Hệ thống nam
châm nh vậy sẽ đảm bảo mô men từ lớn nhất .
+ Giá trị mômen quay P của kim la bàn còn phụ thuộc vào vĩ độ. Khi tàu ở xích đạo thì
H lớn nhất nên P cũng lớn nhất khi tàu về cực thì H = 0, nên mô men quay P nhỏ nhất và có

góc ì lớn nhất, la bàn định hớng rất kém .
+ Góc i' của la bàn hiện đại cho phép 0
0
2 khi H = 0,05 0e ở nhiệt độ +15
0C
.









Chơng 3

La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch

45
Chơng 3
La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch

3.1 cấu tạo la bàn từ của Liên xô
ở nớc ta hiện nay các phơng tiện vận tải trên biển cũng nh các tàu khai thác cá biển
đợc nhập từ rất nhiều nớc, không những của các nớc xã hội chủ nghĩa nh Liên Xô , Ba
Lan mà còn của các nớc t bản chủ nghĩa nh Nhật , Na Uy , Thuỵ Điển
Trên các con tàu nh vậy đều có trang bị la bàn từ hàng hải, la bàn của mỗi nớc có kết cấu
không hoàn toàn giống nhau. Song về mặt nguyên lí làm việc, vật liệu chế tạo và lý thuyết khử
đô lệch về cơ bản là giống nhau.

ở đây trong khuôn khổ của một giáo trình tác giả chỉ giới thiệu cấu tạo của hai loại la
bàn từ Liên Xô và của Nhật đợc thế giới công nhận có rất nhiều u điểm, đợc sử dụng rộng
rãi trên thế giới .
3.1.1 Cấu tạo la bàn loại YK - M (127 mm) .
La bàn từ đợc sử dụng bên cạnh la bàn điện (la bàn con quay) trang bị trên tàu để chỉ
hớng đi và xác định vị trí tàu theo phơng pháp quan trắc phơng vị của mục tiêu trên mặt
đất hoặc phơng vị thiên thể .
La bàn dùng để kiểm tra hớng đi của tàu và xác định vị trí tàu gọi là la bàn chuẩn đợc
đặt ở phía trên ca pin thợng, nằm trong mặt phẳng thẳng đứng đi qua trục dọc tàu, ở xa các
trang bị bằng sắt, thép không bị cản trở khi quan sát về mọi phía.
La bàn từ đặt ở trớc hay cạnh vô lăng lái, khi không có la bàn điện thì la bàn này làm
nhiệm vụ chỉ hớng cho ngời điều khiển tàu gọi là la bàn chỉ đờng hay la bàn lái. Trên
nhiều con tàu, ngoài la bàn chuẩn và la bàn lái còn đợc trang bị thêm la bàn dự phòng đặt ở
buồng lái sự cố và la bàn trên xuồng cứu sinh .
Cấu tạo toàn bộ của la bàn 127 mm gồm có : Chậu và mặt số, vòng phơng vị, thân, đế
và các nam châm để khử độ lệch bán vòng, độ lệch nghiêng ; các thanh sất non để khử độ lệch
bán vòng thứ , độ lệch phần t và độ lệch cảm ứng, ngoài ra còn có nắp bảo vệ, các bu lông để
gắn la bàn với boong tàu, các trang bị chiếu sáng, các bộ phận gá các vật liệu khử độ lệch .
3.1.1.1 Mặt số la bàn:
Mặt số la bàn là thành phần nhạy cảm của la bàn, nó đợc định hớng dới sự tác dụng
của từ trờng trái đất và từ trờng tàu. Nếu la bàn ở trên các con tàu vô từ tính thì trục NS của
thành phần nhạy cảm nằm theo hớng kinh tuyến từ còn nếu đặt la bàn ở trên các tàu có từ
tính thì trục NS của mạt số la bàn nằm dọc theo kinh tuyến la bàn .
Bộ phận cơ bản của mặt số là hệ thống nam châm, hệ thống này gồm 6 thanh đợc chia
thành 3 cặp mỗi cặp nam châm đợc bố trí song song, cùng cực, cùng từ lực nh sau :
Chơng 3

La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch

46
a. Từng cặp có chiều dài bằng nhau bố trí đối xứng nhau qua cực NS của mặt số .
b. Trọng tâm của từng nam châm nằm trên đờng OW .
c. Đầu của tất cả các thanh nam châm nằm trên một vòng trong có tâm là trọng tâm của hệ
thống nam châm .
d. Góc giữa trục NS của hệ thống và đờng nối từ trọng tâm hệ thống tới các đầu thanh
nam châm nh sau :
Với hai thanh dài 80,7mm là 12
0
52' .
Với hai thanh dài 73,4mm là 38
0
34' .
Với hai thanh dài 45,8mm là 64
0
17' .
Các nam châm đợc chế tạo bằng hợp kim có chất lợng từ hoá cao, mô men từ của nó
cố định trong thời gian dài. Giá trị mô men từ của hệ thống nam châm khoảng 1500 250 đơn
vị C.G.S.M .
Hệ thống nam châm đợc hàn vào phía dới một chiếc phao bằng đồng thau mỏng. ở
phía trên phao đợc gắn vào một mặt khắc độ, mặt khắc độ đợc chế tạo bằng đồng thau mỏng
hoặc nhôm. ở trong tâm của cả hệ thống nam châm và phao ngời ta làm một ổ đỡ hình nón, ở
đỉnh hình nón có một cái vít từ trên xuống ở đỉnh vít ngời ta gắn một miếng kim loại làm
"chân kính" đỡ. Toàn bộ hệ thống kim, phao, mặt số ở trong không khí nặng khoảng 105g , ở
trong dung dịch cồn nặng khoảng 4g. Toàn bộ hệ thống nhạy cảm đợc đỡ trên một kim trụ,
đỉnh trụ cột gắn hợp kim cứng .

3.1.1.2 Chậu la bàn. (Hình 3.2)
Chậu la bàn đợc chế tạo bằng đồng thau nó đợc chia làm 2 ngăn (hình 3.2), ở giữa
chậu có bộ phận để gắn kỉm trụ đỡ mặt số, chậu đợc sơn màu trắng nh màu sơn của phao và
mặt số. ở vành chậu phía trên có vòng khắc độ dùng để chỉ góc mạn, ở thành chậu có kẻ hai
đờng vạch chuẩn màu đen, vạch phía trớc chỉ hớng mũi tàu, vạch sau chỉ hớng về lái tàu.
Sơn dùng để sơn mặt số và thành chậu là loại sơn chứa natri và kali không bị cồn phá huỷ,
không tham gia vào phản ứng hoá học với cồn và nớc.
Hình 3.1
Cấu tạo mặt số la bàn
Để thuận tiện cho việc định hớng, mặt
khắc độ đợc chia ra 360 gạch, mỗi gạch ứng với
một độ, cứ cách 10
0
có một gạch dài. Trên mặt số
ghi các hớng chính N , S , E , W và các hớng
phần t NE , SE , NW , SW.
Cấu tạo của bộ phận nhạy cảm đợc thể
hiện : 1.Các kim từ; 2. Phao; 3. ổ đỡ kim trụ; 4.
Vít để gắn hợp kim; 5. Mặt khắc độ
Chơng 3

La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch

47
Ngăn trên của chậu ngời tra gọi là buồng chính, nó dùng để chứa thành phần nhạy cảm

thả ở trong dung dịch cồn.









Ngăn phía dới gọi là buồng phụ, ngăn này có tác dụng khắc phục hiện tợng thay đổi
thể tích của dung dịch khi nhiệt độ của dung dịch thay đổ , ở đáy của ngăn phụ có một màng
ngăn mỏng bằng đồng thau, khi thể tích dung dịch tăng lên thì nó giãn ra, khi thể tích dung
dịch giảm thì nó co vào.
Ngoài ra ngăn phụ còn chứa các cặn bẩn nổi và dầu các bọt khí khi trong dung dịch cồn
có một ít bọt khí.
Phía mặt trên của chậu đợc gắn một tấm kính trong suốt có vòng đệm cao su kín nớc
và vành ép để ép chặt mặt kính. Trên mặt của chậu đợc gắn một vòng phơng vị.
ở đây chậu ngời ta lắp một khối chì và có lắp bảo vệ khối chì. Khối chì có tác dụng
luôn luôn giữ chậu ở vị trí thẳng đứng khi tàu dao động, tức là đảm bảo mặt chậu luôn luôn ở
vị trí trên mặt nằm ngang khi tàu nghiêng.
Cũng ở đáy chậu, giữa khối chì có một lỗ để gắn bóng đèn chiếu sáng cho mặt số vào ban đêm
hoặc lúc trời tối.
Chậu la bàn đợc đổ đầy dung dịch cồn 43
0
, dung dịch này có khả năng không đông đặc
ở nhiệt độ tới -26
0
C .
Toàn bộ chậu đợc gắn vào một giá Các-đăng, nhờ có giá Các-đăng mà mặt chậu luôn luôn

giữ ở trong mặt phẳng nằm ngang .
Trọng lợng của chậu (trừ vòng phơng vị) nặng 8kg .
3.1.1.3 Vòng phơng vị. (Hình 3.3)







Hình 3.3 Cấu tạo vòng phơng vị

1.Khung dây vạch chuẩn, 2.Khung khe
ngắm, 3.Các khung k
ính màu, 4.Hình trụ
và cầu gắn Cô-lông-
ga, 5.Giá vòng phơng
vị, 6.Lăng kính
B iể u x íc h la b à n
4
1
2
3
6
5
Chậy la bàn
9
10
11
12

13
14
15
16
9
876
5
4
3
2
1
Hình 3.2 Cấu tạo chậu la bàn từ M
-
127

1.Vạch hớng mũi, 2.Buồng chính, 3.Lỗ
gắn kim trụ, 4.Kim trụ, 5.Mặt kính,
6.Vạch chắn tia sáng, 7.Giá đỡ kim trụ,
8.Vành
phơng vị, 9.Trục gá của chậu,
10.Thân chậu, 11.Màng nhăn, 12.Buồng
phụ, 13.Khối chì, 14.Kính ở màng nhăn,
15.Đèn chiếu sáng