LUẬN văn sư PHẠM vật lý tìm HIỂU về TRƯỜNG địa từ và NHỮNG ỨNG DỤNG tại VIỆT NAM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƢ PHẠM
BỘ MÔN SƢ PHẠM VẬT LÝ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH SƢ PHẠM VẬT LÝ – TIN HỌC

TÌM HIỂU VỀ TRƢỜNG ĐỊA TỪ
VÀ NHỮNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Ths.DƢƠNG QUỐC CHÁNH TÍN

SINH VIÊN THỰC HIỆN
VƢƠNG THỊ NGỌC THẢO
MSSV:1090283
LỚP:TL0934A1

Cần Thơ, Tháng 5/2013


Lời

ơn

T

:
T
Thầy Dương Quố Chánh Tín

D

ứ
K
ù

ứ

công trong công vi
T

2013
T

N

T


DANH MỤC HÌNH VÀ BIỂU BẢNG
Hình 1.1. Ví dụ về độ từ thiên có giá trị dương khi kim nam châm lệch về phía đông
so với bắc địa lý. ................................................................................................................ 6
Hình 1.2. Ví dụ về độ từ thiên có giá trị dương khi kim nam châm lệch về phía đông
so với bắc địa lý. ............................................................................................................... 15
Hình 1.3. Minh họa độ từ khuynh trong sách của Norman, The Newe Attractive. .. 15
Hình 2.1. Chiếc la bàn hình thìa do người Trung Quốc chế tạo được lưu giữ tại viện
bảo tàng Smith tại London ................................................................................................ 16
Hình 2.2. Chiến thuyền “Santa-Maria” một trong 3 chiến thuyền của Christophe
Colomb” ............................................................................................................................ 17
Hình 2.3. W. Gilbert (1544-1603) tác giả cuốn “De Magnet” ................................. 18

Hình 2.4. Trường lưỡng cực của trái đất .................................................................. 18
Hình 2.5. Các thành phần của trường địa từ ............................................................ 20
Hình 2.6. Mô hình dipole từ có xuyên tâm nghiêng ................................................ 21
Hình 2.7. Đường dịch chuyển của các cực từ bắc từ năm 1600 đến năm 2001 ....... 23
Hình 2.8. Đường dịch chuyển của cực từ bắc trong tương lai tới năm 2050 ........... 24
Hình 2.9. Hệ tọa độ địa từ ........................................................................................ 25
Hình 2.10. Mô hình độ từ thiên D năm 1995 của phần trường chính ...................... 27
Hình 2.11. Dị thường từ tại vùng sống giữa đại dương và thang niên đại địa từ cho
10 triệu năm gần đây ......................................................................................................... 28
Hình 2.12. Phân bố các đài quan trắc địa từ trên toàn cầu ....................................... 35
Hình 2.13. Giản đồ từ của đài địa từ INTERMAGNET Phú Thụy ngày từ trường
yên tĩnh .............................................................................................................................. 36
Bảng 2.1. Bảng số liệu trung bình tháng tại Phú Thụy ............................................ 37
Hình 2.14. Đá tuổi Pecmi-Triac tại Cao Bằng - một vật liệu để nghiên cứu cổ từ .. 42
Hình 3.1. Phổ của từ trường trái đất ......................................................................... 44
Hình 3.2. Độ sâu thẩm thấu của các sóng điện từ như là một hàm sóng của điện trở
và chu kỳ ........................................................................................................................... 48
Hình 3.3. Nguyên lý và kỹ thuật đo của phương pháp từ Telua .............................. 50
Bảng 3.1. Một số giá trị điện trở điển hình của đất và đá ........................................ 52


Bảng 3.2. Tương quan giữa chất lượng nước dưới đất đặc trưng bởi nồng độ Cl với
điên trở suất ρe .................................................................................................................. 52
Hình 3.4. Vị trí tuyến khảo sát Hóc Môn - Củ Chi trên bản đồ ............................... 54
Hình3.5. Sơ đồ mặt cắt địa chất và thạch học dựa theo kết quả của 3 lỗ khoan
LK804, LK807, Lk810 tại khu vực khảo sát .................................................................... 54
Hình 3.6. Xử lý đường cong đo sâu từ Telua trên máy vi tính ................................ 55
Hình 3.7. Mặt cắt địa điện sâu của tuyến Hóc Môn - Củ Chi theo kết quả đo sâu từ
Telua ................................................................................................................................. 56
Hình 3.8. Vị chí các tuyến khảo sát trên bản đồ địa chất của miền Đông Nam Bộ

xung quanh thành phố Hồ Chí Minh ................................................................................ 57
Hình 3.9. Bản đồ điện trở xuất theo độ sâu cho thấy điện trở xuất liên quan đến chất
lượng nước và khả năng chứa nước tại các độ sâu khác nhau .......................................... 58
Hình 3.10. Sơ đồ vị trí các trạm đo từ tuyến Tuyên Quang - Yên Bái .................... 60
Hình 3.11. Đường cong đo sâu từ Telua ở trạm Đại Đồng theo 2 hướng chính cho
thấy sự bất đẳng hướng mạnh mẽ của võ trái đất ............................................................. 62
Hình 3.12. Mặt cắt địa điện MTS thu được bằng mô hình số 2D. ........................... 63
Hình 3.13. Sơ đồ đường băng tại sân bay Nội Bài ................................................... 65
Hình 3.14. GIC chạy vào hệ thống truyền tải điện ................................................... 67
Hình 3.15.
a.GIC ghi được tại Hòa Bình ngày 28/06/1999 ....................................................... 68
b. Gic đã loại bỏ phong ............................................................................................ 68
c. Đạo hàm thành phần X của trường địa từ theo thời gian tại Đài địa từ Phú Thụy 68
Hình 3.16. Tần suất xất hiện GIC tại trạm biến áp 500kV Hòa Bình ...................... 69
Hình 3.17. Dòng điện GIC tính lý thuyết và dòng điện GIC ghi được ngày
15/07/2000 tại Hòa Bình ................................................................................................... 70
Hình 3.18. Bản đồ vị trí vùng đá vôi P - T trên lãnh thổ Nam Trung Quốc và vùng
biên giới phía Bắc Việt Nam ............................................................................................ 74
Hình 3.19. Ảnh chụp mặt cắt đá vôi tại Nhị Tảo: theo kết quả khảo sát cổ sinh, ranh
giới P - T nằm giữa lớp 10 và lớp 11. ............................................................................... 75
Hình 3.20. Conodont Hideous pavus tại Nhị Tảo .................................................... 76
Hình 3.21 Kết quả phân tích MSEC tại Nhị Tảo ..................................................... 77


Hình 3.22. Ảnh chụp mặt cắt đá vôi tại Lũng Pù, theo kết quả khảo sát cổ sinh, ranh
giới P - T nằm giữa lớp 5b và 11 ...................................................................................... 77
Hình 3.23. Kết quả phân tích MSEC tại mặt cắt đá vôi ranh giới P-T tại Lũng Pù,
Hà Giang ........................................................................................................................... 78
Hình 3.24. Kết quả phân tích MSEC xác định ranh giới P-T tại mặt cắt chuẩn
Meíhan, Trung Quốc ......................................................................................................... 79

MỤC LỤC
Phần 1: MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài .................................................................................................. 1
2. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................ 1
3. Bố cục của bài luận ............................................................................................... 1
4. Các giả thuyết của đề tài ...................................................................................... 1
5. Mục tiêu của đề tài ............................................................................................... 1
6. Các phương pháp và phương tiện thực hiện đề tài ............................................... 2
6.1. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 2
6.2. Phương tiện thực hiện đề tài. .......................................................................... 2
7. Các bước thực hiện đề tài ..................................................................................... 2
Phần 2: NỘI DUNG. ................................................................................................ 3
Chương 1: Cơ sở lý thuyết. ...................................................................................... 3
1.1.Từ trường ........................................................................................................... 3
1.1.1. Đặc trưng ........................................................................................................ 3
1.1.1.1. Cảm ứng từ ............................................................................................... 3
1.1.1.2. Momen từ ................................................................................................. 3
1.1.1.3. Độ từ hóa .................................................................................................. 4
1.1.1.3.1. Định nghĩa ............................................................................................. 4
1.1.1.3.2. Đơn vị .................................................................................................... 4
1.1.1.4. Cường độ từ trường ................................................................................... 5
1.1.1.5. Năng lượng từ trường ................................................................................ 5
1.1.2.Tương tác ......................................................................................................... 6
1.1.2.1. Với điện tích điểm .................................................................................... 6
1.1.2.2. Với dòng điện ........................................................................................... 6
1.1.2.3 Với moment từ .......................................................................................... 6
1.2. Từ trường trong từ môi. ..................................................................................... 7
1.2.1.Các chất từ môi và vectơ từ hóa. ..................................................................... 7

1.2.1.1. Sự từ hóa các chất, chất từ môi. ............................................................... 7


1.2.1.2 Vec tơ từ hóa(vectơ từ độ) ........................................................................ 8
1.2.2. Định luật cơ bản của từ trường trong từ môi. ................................................ 9
1.2.2.1. Cường độ từ trường trong từ môi. ............................................................. 9
1.2.2.1.1. Vectơ cường độ điện trường ................................................................. 9
1.2.2.1.2. Liên hệ giữa H và B trong từ môi. ...................................................... 10
1.2.2.2. Định lý ostro gradski-Gass trong từ môi. ................................................ 10
1.2.2.3. Lưu số của vectơ cường độ điện trường. ................................................ 11
1.3.Từ trường trái đất ............................................................................................. 13
1.3.1. Phát hiện từ trường. ...................................................................................... 13
1.3.2. Đặt điểm từ trường. ...................................................................................... 14
1.3.2.1. Độ từ thiên ............................................................................................... 14
1.3.2.2. Độ từ khuynh ........................................................................................... 15
Chương 2: Tổng quan về trường địa từ .................................................................. 16
2.1. Trường địa từ ................................................................................................... 18
2.1.1. Các thành phần của trường địa từ ............................................................. 19
2.1.2. Cực từ và cực địa từ .................................................................................. 20
2.1.3. Xích đạo từ và xích đạo đia từ .................................................................. 24
2.1.4. Các nguồn gây ra trường địa từ ................................................................. 25
2.1.5. Mô hình trường địa từ ............................................................................... 25
2.1.6. Sự thay đổi của trường địa từ trong quá khứ ............................................ 27
2.2. Các thiết bị quan trắc của trường địa từ .......................................................... 28
2.2.1. Thiết bị đo độ từ thiên D và độ từ khuynh I .............................................. 29
2.2.2. Thiết bị đo trường toàn phần T( từ kế proton) .......................................... 29
2.3. Các phương pháp quan trắc trường địa từ ....................................................... 29
2.3.1. Quan trắc sự phân bố không gian và trường địa từ ................................... 30
2.3.1.1. Đo từ trên mặt đất ................................................................................... 30
2.3.1.2. Đo từ trên biển ........................................................................................ 30

2.3.1.3. Đo từ hàng không ................................................................................... 31
2.3.1.4. Đo từ trên vệ tinh ................................................................................... 33
2.3.2. Quan trắc sự biến thiên theo thời gian của trường địa từ .......................... 34


2.3.2.1. Hệ thống đài từ trên toàn cầu ................................................................. 34
2.3.2.2. Quan trắc khảo cổ từ (archeomanetism) ................................................ 41
2.3.2.3. Khảo sát cổ từ ......................................................................................... 42
Chương 3: Những nghiên cứu ứng dụng về trường địa từ tại Việt Nam ............... 43
3.1. Áp dụng phương pháp từ telua trong khảo sát nước ngầm tại đồng bằng nam
bộ ............................................................................................................................. 43
3.1.1. Phương pháp từ telua .................................................................................. 43
3.1.2 Phương pháp từ telua trong khảo sát nước dưới sâu ................................... 51
3.2. Phương pháp từ telua khảo sát cấu trúc sâu đới đứt gãy sông hồng ............... 59
3.2.1 Vị trí các tuyến đo và các trạm khảo sát ..................................................... 60
3.2.2 Kết quả thăm dò từ telua tuyến Tuyên Quang-Yên Bái .............................. 61
3.3. Xác định độ từ thiên D tại các sân bay ............................................................ 64
3.4. Nghiên cứu tác động của bảo từ đối với hệ thống truyền tải điện ở Việt Nam 66
3.5. Độ từ cảm và phương pháp MSEC xác định ranh giới địa tầng ...................... 71
3.5.1. Phương pháp MSEC .................................................................................. 71
3.5.2. Áp dụng phương pháp MSEC nghiên cứu ranh giới pecni-triat trên các hệ
tầng đá vôi ở vùng đông bắc Việt Nam .................................................................. 72
3.5.2.1. Mặt cắt ranh giới P-T Nhị Tảo (Cao Bằng) ............................................ 74
3.5.2.2. Mặt cắt ranh giới P-T Lũng Pù (Hà Giang) ........................................... 76
Phần 3: KẾT LUẬN. .............................................................................................. 80
1. Những mặt làm được .......................................................................................... 80
2. Những mặt hạn chế ............................................................................................. 80
3. Hướng nghiên cứu và phát triển đề tài trong tương lai ....................................... 80
Tài liệu tham khảo .................................................................................................. 82

Tìm hiểu về trƣờng địa từ và những ứng dụng tại Việt Nam

Phần 1: MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI.
Trường địa từ là một trường vật lý tự nhiên tồn tại trên trái đất, có tác động rõ rệt
tới môi trường địa quyển, sinh quyển, khí quyển cũng như đến các hoạt động và sinh lý ở
con người. Tuy nhiên, ở nước ta các nghiên cứu và ứng dụng trường địa từ mới chủ yếu
được nghiên cứu khoảng nửa thế kỷ nay. Vì thế khi chọn nghiên cứu đề tài “Tìm hiểu về
trƣờng địa từ và những ứng dụng tại Việt Nam” em hy vọng rằng có thể xây dựng một
cái nhìn tổng quát về trường địa từ đồng thời tìm hiểu được các phương pháp, phương
tiện nghiên cứu và những ứng dụng thực tiễn của mảng khoa học này ở nước ta.
2. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU.
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là trường địa từ và những ứng dụng cụ thể của
trường địa từ vào các lĩnh vực địa lý và hàng không ở nước ta từ nửa sau thế kỷ 20 đến
nay.
3. BỐ CỤC CỦA BÀI LUẬN.
Bài luận văn gồm 3 phần, phần 1 là giới thiệu sơ lược về đề tài, phần 2 là nội dung
nghiên cứu gồm 3 chương, chương 1 đưa ra cơ sở lý thuyết cho các nghiên cứu, chương 2
giới thiệu các yếu tố cơ bản của trường địa từ cùng với các phương pháp quan trắc và các
thiết bị đo đạc các thành phần của trường địa từ, chương 3 giới thiệu các kết quả ứng
dụng trường địa từ tại Việt Nam bao gồm áp dụng phương pháp từ tellua trong khảo sát
nước ngầm ở đồng bằng nam bộ, nghiên cứu cấu trúc sâu đới đứt gãy sông Hồng, ảnh
hưởng của bảo từ lên hệ thống truyền tải điện Việt Nam, về độ từ cảm và phương pháp
MSEC trong xác định ranh giới địa tầng, phần 3 là kết luận chung, cuối cùng là các tài
liệu mà em đã sử dụng trong quá trình thực hiện luận văn.
4. CÁC GIẢ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI.
- Trường địa từ gồm các thành phần nào?
- Làm thế nào để quan trắc trường địa từ?
- Các thiết bị nào cần thiết để quan trắc trường địa từ?

- Trường địa từ đem lại những ứng dụng gì trong việc nghiên cứu các nghành khoa
học khác ở Việt Nam?
5. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI.
- Cung cấp cơ sở lý thuyết để người đọc tìm hiểu về trường địa từ
GVHD: Dƣơng Quốc Chánh Tín

-1-

SVTH: Vƣơng Thị Ngọc Thảo


Tìm hiểu về trƣờng địa từ và những ứng dụng tại Việt Nam
- Cung cấp cái nhìn tổng quát về trường địa từ
- Nêu được những ứng dụng quan trọng của trường địa từ tại Việt Nam
6. CÁC PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
6.1 phƣơng pháp nghiên cứu:
Để thực hiện đề tài này, tôi đã hoàn thành phần nghiên cứu của mình với các
phương pháp sau:
- Sưu tầm tài liệu.
- Nghiên cứu đề tài.
- phân loại tài liệu.
- Nhờ sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn, các anh chị và các bạn cùng lớp.
6.2 Phƣơng tiện thực hiện đề tài
- Tài liệu tham khảo: Giáo trình, bài giảng, luận văn tốt nghiệp Đại học, tài liệu từ
sách báo, tài liệu từ Internet
- Ý kiến nhận được từ: Giáo viên hướng dẫn, các thầy cô trong bộ môn, các bạn
sinh viên.
- Phương tiện hổ trợ: máy vi tính, máy in và các phần mềm hổ trợ.
7. CÁC BƢỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI.
Bước 1: Lựa chọn vấn đề nghiên cứu

Bước 2: Xác định đề tài
Bước 3: Lập đề cương nghiên cứu sơ bộ
Bước 4: Thu thập tài liệu nghiên cứu
Bước 5: Lập đề cương nghiên cứu chi tiết
Bước 6: Triển khai đề tài nghiên cứu
Bước 7: Viết hoàn chỉnh và báo cáo tổng hợp đề tài

GVHD: Dƣơng Quốc Chánh Tín

-2-

SVTH: Vƣơng Thị Ngọc Thảo


Tìm hiểu về trƣờng địa từ và những ứng dụng tại Việt Nam

Phần 2: NỘI DUNG
Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. TỪ TRƢỜNG
1.1.1. ĐẶC TRƢNG.
1.1.1.1. Cảm ứng từ
Cảm ứng từ là một đại lượng vector, thường được ký hiệu bằng chữ B, đặc trưng
cho khả năng tương tác lực của từ trường lên điện tích chuyển động.
Trong chân không, các phương trình Maxwell (ở dạng vi phân trong hệ đo lường
SI) liên quan đến cảm ứng từ là:
(định luật Gauss)
(định luật Faraday)
(định luật Ampere mở rộng)

Ở đây, E là cường độ điện trường, ε0 và μ0 lần lượt là hằng số điện môi chân

không và hằng số từ môi chân không, j là mật độ dòng điện.

Cảm ứng từ có đơn vị đo trong SI là Tesla (T), 1 T = 1 Wb/m² = V s/m². 1 V
s/m² có thể hiểu là cảm ứng từ trường mà nếu được giảm dần về 0 trong vòng 1
giây thì sẽ gây là sức điện động 1Volt trên vòng dây có diện tích 1 mét vuông,
theo định luật cảm ứng Faraday.
Trong hệ đo lường CGS, cảm ứng từ có đơn vị Gauss (G).
1.1.1.2. Mômen từ
Mômen từ, hay mômen lưỡng cực từ (magnetic dipole moment) là đại lượng vật lý,
đặc trưng cho độ mạnh yếu của nguồn từ. Trong trường hợp đơn giản là một dòng điện
kín, mômen lưỡng cực từ được định nghĩa bởi:

(1.1)

GVHD: Dƣơng Quốc Chánh Tín

-3-

SVTH: Vƣơng Thị Ngọc Thảo


Tìm hiểu về trƣờng địa từ và những ứng dụng tại Việt Nam
với

là véctơ diện tích (có độ lớn là diện tích, chiều là véctơ pháp tuyến của mặt

đó, xác định từ quy tắc bàn tay phải,

là cường độ dòng điện. Trong trường hợp một

điện tích chuyển động quay, mômen từ sẽ được cho bởi biểu thức:

với

là mật độ dòng điện.

Trong vật lý nguyên tử, vật lý hạt nhân, người ta dùng khái niệm mômen từ của các
hạt, có đơn vị là magneton Bohr (hay Bohr magneton, ký hiệu là

). Mômen từ của

các hạt liên quan đến chuyển động nội tại của các hạt (chuyển động spin) hoặc mômen từ
của nguyên tử được tạo ra từ mômen từ tổng cộng của các hạt (chuyển động spin) và
chuyển động trên quỹ đạo của các hạt. Trong một hệ hạt, mômen từ được xác định bởi
tổng mômen từ của các hạt thành phần.
1.1.1.3. Độ từ hóa
1.1.1.3.1. Định nghĩa

Từ độ M, được định nghĩa là tổng mômen từ trên một đơn vị thể tích. Về mặt
toán học, nó được cho bởi công thức:

(1.2)
với m là mômen từ nguyên tử, ΔV là thể tích.
Từ độ có cùng thứ nguyên với cường độ từ trường, đuợc liên hệ với từ trường
qua hệ số từ hóa (hay còn gọi là độ cảm từ của vật liệu, ký hiệu là χ):
M = χH
1.1.1.3.2. Đơn vị
Do có cùng thứ nguyên với cường độ từ trường nên từ độ mang đơn vị của từ
trường, đơn vị trong SI là A/m. Trong từ học, người ta còn sử dụng đơn vị khác cho từ độ
được ký hiệu là emu/cm3 = 1000 A/m. emu là chữ viết tắt của electromagnetic unit - đơn

vị điện từ. Đơn vị này được dùng phổ biến trong từ học, xuất phát từ hệ đơn vị CGS.
GVHD: Dƣơng Quốc Chánh Tín

-4-

SVTH: Vƣơng Thị Ngọc Thảo


Tìm hiểu về trƣờng địa từ và những ứng dụng tại Việt Nam
1.1.1.4. Cƣờng độ từ trƣờng
Cường độ từ trường là đại lượng véctơ, thường được ký hiệu bằng chữ H, cùng
phương với B trong chân không:
H = B/μ0 (trong hệ đo lường SI)

(1.3)

Trong môi trường vật chất có độ từ hóa M, véc tơ H được xây dựng để đóng vai trò
tương tự như cường độ điện trường E của điện trường trong các phương trình Maxwell,
thông qua mối liên liên hệ với cảm ứng từ B, và độ từ hóa M, qua hệ thức sau:
B = μ0(H + M) (trong hệ đo lường SI)
B = H + 4πM (trong hệ đo lường CGS)
Với mối liên hệ này, H cũng thỏa mãn các phương trình Maxwell tương tự như
với E trong điện trường. Trong hệ đo lường SI:

Với ρm là mật độ từ tích hiệu dụng, liên hệ với độ từ hóa M qua:

và j là mật độ dòng điện tự do (tức là dòng điện chạy thông thường trên các vật dẫn
điện, không phải dòng cảm ứng xuất hiện trên bề mặt khi các môment từ nguyên tử xoay
cùng chiều).
Như vậy, trong chân không, M = 0, nên mối liên hệ rút gọn thành biểu thức đã nêu

ở trên:
B = μ0H (trong hệ đo lường SI)
Trong các chất thuận từ và nghịch từ, M = χH, với χ là độ cảm từ, do đó hệ thức trở
thành:
B = μ0(1+χ)H = μ0μrH = μH (trong hệ đo lường SI)
Đơn vị đo của cường độ từ trường trong SI là A/m, và trong hệ đo
lường CGS là Oersted.
1.1.1.5 Năng lƣợng

GVHD: Dƣơng Quốc Chánh Tín

-5-

SVTH: Vƣơng Thị Ngọc Thảo


Tìm hiểu về trƣờng địa từ và những ứng dụng tại Việt Nam
Mỗi đơn vị thể tích của từ trường chứa trong nó năng lượng từ u được tính bởi công
thức:
u = (B. H)/2

(1.4)

Năng lượng này chỉ chiếm một phần trong năng lượng của trường điện từ tổng quát,
phần còn lại là năng lượng của điện trường.
1.1.2. TƢƠNG TÁC.
1.1.2.1. Với điện tích điểm

H

11 Q

Quy tắc bàn tay phải ( định luật Biot-Savart-Laplace) để xác định hướng của lực
F trong phép nhân véc tơ vận tốc v với cảm ứng từ B
Hạt mang điện tích q chuyển động với vận tốc v trong từ trường có cảm ứng từ B sẽ
chịu lực tác dụng:
F=qv×B

(1.5)

Đây là một trong các thành phần của lực điện từ tác dụng lên hạt mang điện.
1.1.2.2. Với dòng điện
Dòng điện có thể coi là dòng các hạt mang điện chuyển động, mỗi hạt chịu lực tác
động của từ trường bên ngoài theo công thức nêu trên. Tổng hợp các lực này lại, chúng ta
thu được lực tác động lên đoạn dây dài dl có cường độ dòng điện chạy qua I trong từ
trường có cảm ứng từ B là:
F = I dl × B

(1.6)

1.1.2.3. Với mômen từ
GVHD: Dƣơng Quốc Chánh Tín

-6-

SVTH: Vƣơng Thị Ngọc Thảo


Tìm hiểu về trƣờng địa từ và những ứng dụng tại Việt Nam
Mômen từ, có thể coi theo quan điểm của điện động lực học cổ điển là các vòng dây

khép kín. Tổng hợp các lực tương tác lên toàn bộ vòng dây (lực tương tác lên từng đoạn
dây điện ngắn được mô tả bên trên) sẽ tạo ra ngẫu lực và lực đẩy hoặc kéo tổng hợp lên
mômen từ.
Kết quả là, khi một vật thể có mômen từ m đặt trong từ trường có cảm ứng từ B, sẽ
có một mômen lực tác dụng lên mômen lưỡng cực từ cho bởi:
T=m×B

(1.7)

Mômen lực này khiến cho các mômen lưỡng cực từ có xu hướng định hướng theo
chiều từ trường. Đây là nguyên lý hoạt động của la bàn hay nhiều loại động cơ điện.
Do lực từ tác động lên môment từ là lực thế, các mômen từ nằm trong từ trường
cũng có thế năng:
U = -m.B
Nếu mômen từ nằm trong từ trường không đều, nó vừa chịu mômen lực vừa chịu
lực đẩy hoặc kéo F:

Lực hút đẩy này lý giải lực hút đẩy giữa các nam châm.

1.2. TỪ TRƢỜNG TRONG TỪ MÔI.
1.2.1. CÁC CHẤT TỪ MÔI, VECTOR TỪ HÓA
1.2.1.1. Sự từ hóa các chất. Chất từ môi
Ta đã biết nếu dây dẫn có dòng điện được đặt trong một môi trường nào đó thì nói
chung cảm ứng từ tại một điểm trong môi trường khác cảm ứng từ tại điểm đó trong chân
không. Điều đó chứng tỏ rằng: do tác dụng của từ trường của dòng điện, môi trường đã
có biến đổi. Người ta nói môi trường đó đã bị từ hóa ( hay bị nhiễm từ ). Thực nghiệm
cũng chứng tỏ khi đưa một thoải sắt (hay một cái đinh sắt) lại gần cực của một nam
châm, thỏi sắt sẽ bị nam châm hút. Điều đó có nghĩa là thỏi sắt đã bị từ hóa và trở thành
một nam châm.
Qua nhiều thí nghiệm tương tự như trên, người ta đã đi đến kết luận: Mọi chất đặt

trong từ trường sẽ bị từ hóa. Các chất có khả năng từ hóa gọi là từ môi (hay vật liệu từ).
Một chất từ môi đặt trong từ trường ngoài

GVHD: Dƣơng Quốc Chánh Tín

B

0

thì chất từ môi đó sẽ chịu sự từ hóa(nhiễm

-7-

SVTH: Vƣơng Thị Ngọc Thảo


Tìm hiểu về trƣờng địa từ và những ứng dụng tại Việt Nam
từ), nó trở nên có tính từ và gây ra một từ trường phụ (hay từ trường riêng). Khi đó từ
trường tổng cộng





B trong chất từ môi trở thành: B



= B0 + B ’

Tùy theo tính chất và mức độ từ hóa, người ta phân từ môi làm 3 loại:
+ Chất thuận từ: đối với chất này, từ trường phụ



B ’ do chúng sinh ra khi bị từ hóa,

hướng cùng chiều với từ trường ban đầu B 0 và có độ lớn rất nhỏ so với B 0 . Do đó từ
trường tổng hợp trong chất thuận từ lớn hơn từ trường ban đầu B 0 . Nhôm, Vonfam,
platin, oxi, nitơ, không khí, êbônic,… là những chất thuận từ.
+ Chất nghịch từ: đối với chất này,

B

0



B ’ ngược chiều B

0

và có độ lớn rất nhỏ so với

. Do đó từ trường tổng hợp trong chất nghịch từ nhỏ hơn từ trường ban đầu

B

0

.

Bismut, đồng, Berili, Bo, vàng, bạc, thủy tinh, thạch anh, nước, các khí trơ (He,
Ar,…),… đều là chất nghịch từ.
+ Chất sắt từ: với chất từ này



B ’cùng chiều với B

0

và có thể lớn

B

0

rất nhiều

(tới hàng chục ngàn lần). Sắt, kền, Coban, và các kim loại thuộc nhóm đât hiếm, một số
hợp chất đặc biệt như: thép, vonfam (92,7% Fe, 6% W, 1% C, 0,3% Mn), hợp kim
Supécmalôi (79% Ni, 5% Mo, 16% Fe),… là những chất sắt từ.
1.2.1.2. Vector từ hóa (vector từ độ)
Sau này chúng ta sẽ giải thích chi tiết cơ chế nhiễm từ của các loại từ môi khác
nhau theo quan điểm vi mô; còn ở đây ta chỉ khảo sát hiện tượng nhiễm từ về mặt vĩ mô.
Trước hết cần đưa vào một đại lượng đặt trưng cho mức độ từ hóa của một chất từ môi,
gọi là vector từ hóa (hay vector từ độ) J .
Ta biết rằng từ trường do dòng điện gây ra; vì vậy từ trường phụ



B ’của từ môi

cũng phải do các dòng điện nào đó gây ra, và dĩ nhiên các dòng điện đó chỉ có thể nằm
trong lòng các chất từ môi. Theo giả thiết của Apmere, đây là các dòng điện khép kín
trong phạm vi của một phân tử hay nguyên tử, và người ta gọi chung đó là dòng điện
phân tử. Theo công thức Pm = IS đã biết ta thấy dòng điện phân tử trong từ môi có
moomen từ Pm = I.S. n ; trong đó I là cường độ dòng điện phân tử, S là diện tích giới hạn
bởi dòng điện, n là vector pháp tuyến của mặt phẳng dòng điện. Khi từ môi chưa bị từ
hóa các mômen từ phân tử phân bố hỗn loạn, vì vậy tác dụng từ của chúng triệt tiêu lẫn
nhau. Nếu đặt từ môi vào trong từ trường thì các mômen phân tử sẽ định hướng theo
hướng của từ trường; do đó mỗi vật đã bị từ hóa là một hệ thống các dòng điện phân tử
đã được đinh hướng theo. Nếu xét toàn bộ, vật sẽ có mômen từ bằng tổng các mômen từ
phân tử. Cường độ từ trường trong từ môi càng mạnh thì các dòng điện phân tử định
hướng càng mạnh và do đó tổng các mômen từ phân tử trong một đơn vị thể tích càng
GVHD: Dƣơng Quốc Chánh Tín

-8-

SVTH: Vƣơng Thị Ngọc Thảo


Tìm hiểu về trƣờng địa từ và những ứng dụng tại Việt Nam
lớn. Vì vậy, một cách tự nhiên ta có thể đặt trưng cho mức độ từ hóa của vật bằng một
mômen từ của một đơn vị thể tích của nó.
Vector từ hóa của một khối từ môi (vật) đã được từ hóa đồng đều là một đại lượng
đặc trưng cho mức độ từ hóa của vật, được đo bằng tổng các vector mômen từ phân tử
chứa trong một đơn vị thể tích của khối từ môi:
J

=

 Pm

(1.8)

J

V

Trong đó là vector mômen từ của phân tử (nguyên tử) thứ I, là tổng các vector
mômen từ chứa trong thể tích V.
Nếu vật bị từ hóa không điều thì có giá trị khác nhau trong các phần khác nhau của
vật. Trong trường hợp đó người ta định nghĩa vector từ độ tại mỗi điểm của vật bằng giới
hạn của biểu thức (1.8) khi V dần tới 0, nghĩa là lấy V là đủ nhỏ để trong phạm vi đó là
không đổi.
J

= lim

 Pm

V 0

(1.9)

J

V

Độ lớn J của vector từ hóa được gọi là từ độ của từ môi.
Trong hệ SI, đơn vị của J là A/m (trùng với đơn vị của cường độ từ trường).
Vector từ hóa là đại lượng cơ bản đặc trưng cho trạng thái nhiễm từ của vật. Khi
biết vector từ hóa ở mỗi điểm của một vật nào đó, trong nhiều trường hợp ta có thể xác
định từ trường của cả vật từ hóa sinh ra.
1.2.2. ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA TỪ TRƢỜNG TRONG TỪ MÔI
1.2.2.1 Cƣờng độ từ trƣờng trong từ môi
1.2.2.1.1 Vector cƣờng độ điện trƣờng
Trong tĩnh điện học, khi xét điện trường trong điện môi, ngoài vector cường độ điện
trường người ta đã đưa thêm vector cảm ứng điện,được định nghĩa bởi công thức:
D   0 E  P trong đó P là vector phân cực.

Tương tự như thế, khi xét từ trường trong từ môi, ngoài vector cảm ứng từ , người ta
còn đưa thêm vector cường độ từ trường được định nghĩa bởi công thức:
H

B



J

(1.10)

0

Trong đó J là vector từ hóa. Đối với chân không J = 0, ta trở lại công thức :
GVHD: Dƣơng Quốc Chánh Tín

-9-

SVTH: Vƣơng Thị Ngọc Thảo


Tìm hiểu về trƣờng địa từ và những ứng dụng tại Việt Nam
H

B



0

Như ta đã thấy ở mục trên, cường độ từ trường trong từ môi càng mạnh thì dòng
điện phân tử được định hướng càng mạnh, nghĩa là vector từ hóa J càng lớn. Thực
nghiệm đã chứng tỏ trong các chất thuận từ và nghịch từ đồng chất thì J H : Trong hệ
SI ta có:
J =



Hệ số tỉ lệ
nguyên nên



m

m



m

.H

(1.11)

được gọi là độ từ hóa của khối từ môi. Vì J và H có cùng thứ

không có thứ nguyên. Độ từ hóa



phụ thuộc vào bản chất và trạng

m

thái (như nhiệt độ chẳng hạn) của từ môi. Thí nghiệm chứng tỏ rằng, đối với các chất
thuận từ và nghịch từ thì



m

<<1 đó là những chất có tính từ yếu.Với các chất thuận từ

lớn, và hơn nữa nó còn phụ thuộc vào cường độ từ trường bên ngoài H 0 .
1.2.2.1.2. Liên hệ giữa H và B trong từ môi

Thay biểu thức từ (1.11) vào (1.10) ta được: H 

H

Từ đó rút ra:

B

 (1  
0

m

)





B

  .H

B

 0

m

0



B



(1.12)
0

Trong đó µ = 1 +  m được gọi là độ từ thẩm tương đối của môi trường (từ môi) đối
với chân không và µa được gọi là độ từ thẩm tuyệt đối của môi trường. Đối với chất thuận
từ µ > 1 (vì  m > 0); đối với chất nghịch từ µ < 1 (vì  m < 0). Vì các các chật thuận từ



nghịch từ đều có
thì µ >> 1 (vì
trưng



m



m

m

<< 1 nên độ từ thẩm của chúng µ  1. Nhưng đối với chất sắt từ

>> 1). Như vậy, ta cũng có thể phân loại chất từ môi dựa vào các đặc

hoặc µ.

Công thức (1.12) có thể được viết dưới dạng: B    0 H   a H

(1.13)

Từ công thức (1.12) ta thấy rằng trong môi trường đồng chất và đẳng hướng thì hai
vector H và B cùng phương cùng chiều.
1.2.2.2. Định lý Ostrogradski – Gauss trong từ môi

GVHD: Dƣơng Quốc Chánh Tín

- 10 -

SVTH: Vƣơng Thị Ngọc Thảo


Tìm hiểu về trƣờng địa từ và những ứng dụng tại Việt Nam
Ta đã biết rằng các đường cảm ứng từ B trong chân không là những đường khép
kín. Vì vector cảm ứng từ trong từ môi là tổng hợp các vector cảm ứng từ B 0 (do dòng
điện vĩ mô gây ra) và cảm ứng từ phụ B ’ (do dòng điện phân tử hay dòng điện vi mô
trong chân không gây ra), nên ta suy ra rằng các đường cảm ứng từ trong từ môi cũng là
những đường khép kín. Do đó đối với một mặt kín bất kì, số đường cảm ứng từ đi vào và
đi ra luôn bằng nhau, nghĩa là từ thông toàn phần qua mặt kín bằng không:

 Bd S  0

(1.14)

S

Công thức đó biểu thị định lý Ostrogradski – Gauss cho cảm ứng từ trong từ môi.
So sánh với định lý Ostrogradski – Gauss cho điện trường một lần nữa chúng ta thấy
rằng: do  Bd S luôn luôn bằng không ở bất kì miền nào của không gian, trong chân
S

không cũng như trong từ môi, nên các đường cảm ứng từ không có điểm khởi đầu cũng
như không có điểm tận cùng, điều đó có nghĩa là trong tự nhiên không có “ từ tích”!
Từ (1.14) dễ dàng suy ra hệ vi phân của định lý Ostrogradski – Gauss:
div B = 0

(1.15)

1.2.2.3. Lƣu số của vector cƣờng độ từ trƣờng
Ta đã biết rằng theo định lý Ampere trong chân không lưu số của vector cảm ứng từ
theo một đường cong kín bất kì bằng tổng đại số các điện trường xuyên qua điện tích giới
hạn bởi đường cong đó nhân với µ0:

 Bdl  
L

n

0

I

k 1

k

(1.16)

Để dễ phân biệt với dòng điện phân tử trong từ môi, người ta gọi các dòng điện I k ở
công thức (1.16) là dòng điện tự do.
Trong từ môi định lý về lưu số B vector vẫn đúng nhưng những dòng điện xuyên
qua diện tích giới hạn bởi đường cong kín lấy tích phân sẽ bao gồm thêm cả các dòng
điện phân tử, nghĩa là ta có:

Bdl   ( I k   I 'k )



0

( L)

Trong đó

n

I
k 1

k




L

n

J .dl

n

n

k 1

k 1

n

I ,I '
k 1

k

k 1

k

(1.17)

là tổng tất cả dòng điện tự do, dòng điện phân

tử bao quanh (L).
Giả sử ta tính lưu số dọc theo đoạn thẳng dl, chiều lấy lưu số lập với vector từ hóa
J một góc α. Ta thấy rõ số dòng điện phân tử bao quanh dl bằng tất cả các dòng điện
phân tử có tâm nằm trong hình trụ mà trục của nó trùng với đoạn dl, diện tích đáy S’ của
hình trụ bằng diện tích của một dòng điện phân tử.
GVHD: Dƣơng Quốc Chánh Tín

- 11 -

SVTH: Vƣơng Thị Ngọc Thảo


Tìm hiểu về trƣờng địa từ và những ứng dụng tại Việt Nam
Nếu n0 là số phân tử trong một đơn vị thể tích từ môi và I’ là cường độ của một
dòng điện phân tử thì tổng đại số các dòng điện phân tử bao lấy dl sẽ bằng nI’S’ cos .
Tích số I’.S’ bằng mômen từ pm của dòng điện phân tử. Thành thử n.I’.S’ là mômen từ
của đơn vị thể tích từ môi, nghĩa là bằng giá trị vector J , và nI’S’ cos là hình chiếu của
J trên d l .
Như vậy ta có thể nói rằng tổng đại số các dòng điện phân tử bao lấy đường dI bằng
(.d.); từ đó tổng đại số các dòng điện phân tử bao lấy toàn bộ đường cong kín (L) sẽ là:
n

I '
k 1

k



 J .dl

(1.18)

L

Thay biểu thức (1.18) vào (1.17) ta được:

Từ đó rút ra:

 n
B
.
dl


I k 
L
0
 k 1



 J .dl  (1.19)
L

 B

n



Ik
L    J  dl  
k 1
 0


(1.20)

Chú ý đến (1.20) ta tìm được lưu số vector cường độ từ trường H :
n

 Hdl   I k
L

(1.21)

k 1

Như vậy lưu số của vector cường độ từ trường theo một đường khép kín bất kì, dù
đường này qua chân không hay qua từ môi đều bằng tổng đại lượng các cường độ dòng
điện tự do (vĩ mô) đi xuyên qua diện tích giới hạn bởi đường cong kín đó.
Trong khoảng không gian không có dòng điện tự do (Itd = 0) thì công thức (1.21) trở
thành:

 Hdl  0

(1.22)

L

Các phương trình (1.16) và (1.21) là các phương trình cơ bản của các trường vector
H và B .
Với kết quả thu được ở trên ta thấy rõ về một số chi tiết khác nhau về ý nghĩa của
các vector H và B . Trong quá trình hình thành và phát triển môn điện từ học, người ta
biết tác dụng của nam châm vĩnh cửu rất lâu trước khi biết tác dụng của dòng điện.
Coulumb và nhiều nhà bác học khác khi nghiên cứu về từ trường của một nam châm vĩnh
cửu dài đã cho thấy rằng trong tự nhiên có tồn tại “từ tích” giống như điện tích, và do đó
đã xây dựng tĩnh từ học trên cơ sở tương tác giữa các “từ tích” điểm, đồng thời đã dùng
phương pháp loại suy với tĩnh điện học để tìm ra công thức khác của tĩnh từ học. Vì
cường độ từ trường H đã được xem như trường đo các từ tích gây ra nên ban đầu người
ta đã xây dựng nó như cường độ điện trường E . Các tên gọi “cường độ từ trường H ” và
GVHD: Dƣơng Quốc Chánh Tín

- 12 -

SVTH: Vƣơng Thị Ngọc Thảo


Tìm hiểu về trƣờng địa từ và những ứng dụng tại Việt Nam
“cường độ điện trường B ” đã phản ánh quá trình hình thành ban đầu của điện từ học.
Nhưng sau khi người ta phát hiện ra từ trường của dòng điện và đã chứng tỏ rằng không
có “từ tích”, thì sự tương tự giữa H và E là không có cơ sở. Mặc khác, như ta đã biết
cường độ điện trường E là tổng hợp của E 0 (cường độ điện trường do các điện tích tự do
gây ra) và E ’ (cường độ điện trường do các điện tích phân cực xuất hiện trên mặt điện
môi gây ra); Lực điện tác dụng lên điện tích được xác định bởi vector E chớ không phải
vector D . Tương tự như vậy, cảm ứng từ B trong từ môi là tổng hợp của B 0 (do dòng
điện tự do gây ra) và B ’ (do các dòng điện phân tử gây ra) ; Lực từ tác dụng lên dòng
điện đặt trong từ trường được xác định bởi B chớ không phải H . Vì vậy giữa vector
B và E có những nét tương tự trên các mặt chủ yếu. Ngoài ra đối chiếu các công thức

định nghĩa cảm ứng điện D trong điện môi và vector cường độ từ trường H trong từ môi
chúng ta thấy chúng tương tự nhau. Như vậy đáng lẽ phải gọi: “ B là cường độ từ trường”
và “ H là cảm ứng từ” giống với tên gọi của E và D . Nhưng do yếu tố truyền thống lịch
sử nên chúng ta vẫn giữ nguyên thuật ngữ cũ.
1.3. TỪ TRƢỜNG TRÁI ĐẤT
Từ trường Trái Đất (và từ trường bề mặt) được coi như một lưỡng cực từ trường,
với một cực gần cực bắc địa lý và cực kia gần cực nam địa lý. Một đường thăng tưởng
tượng nối hai cực tạo thành một góc khoảng 11,3° so với trục quay của trái đất. Nguyên
nhân gây ra từ trường có thể được giải thích theo lý thuyết dynamo.
Các trường từ có thể mở rộng vô hạn, tuy nhiên nếu xét các điểm càng ra xa nguồn
thì chúng càng yếu dần. Từ trường của Trái Đất có tác dụng đến hàng chục ngàn km
trong vũ trụ và được gọi là quyển từ.
1.3.1. PHÁT HIỆN TỪ TRƢỜNG
Vào năm 1600, nhà vật lí người Anh W. Gilbert đã đưa ra giả thuyết Trái Đất là
một nam châm khổng lồ. Ông đã làm một quả cầu lớn bằng sắt nhiễm từ, gọi nó là "Trái
Đất tí hon" và đặt các từ cực của nó ở các địa cực. Đưa la bàn lại gần trái đất tí hon ông
thấy trừ ở hai cực, còn ở mọi điểm trên quả cầu, kim la bàn đều chỉ hướng Nam Bắc.
Hiện nay vẫn chưa có sự giải thích chi tiết và thỏa đáng về nguồn gốc từ tính của Trái
Đất.
Năm 1940, một số nhà vật lý đã đưa ra giả thuyết "Đinamô" để giải thích nguồn gốc
từ trường của trái đất. Theo thuyết này thì từ trường Trái đất chủ yếu được hình thành từ
các dòng đối lưu trong chất lỏng của trái đất ở độ sâu trên 3000 km. Sự khác biệt về nhiệt
GVHD: Dƣơng Quốc Chánh Tín

- 13 -

SVTH: Vƣơng Thị Ngọc Thảo


Tìm hiểu về trƣờng địa từ và những ứng dụng tại Việt Nam

độ trong chất lỏng của trái đất đã làm xuất hiện các dòng đối lưu. Nếu trong nhân của trái
đất có một "từ trường nguyên thuỷ" thì các dòng đối lưu trên sẽ có vai trò như một cuộn
dây trong máy phát điện. Dòng điện nhờ đó được hình thành và chính nó đã tạo ra từ
trường cho trái đất. Tuy nhiên, thuyết vẫn còn một số điểm chưa rõ ràng. Trong quá trình
hình thành từ trường trái đất, cần có "từ trường nguyên thuỷ", nhưng từ trường này được
hình thành từ bao giờ và bằng cách nào? Đây là một trong những tồn tại chưa giải quyết
được của các ngành khoa học về Trái Đất.
Gần đây, các nhà khoa học cho rằng ngoài từ trường chính của trái đất hình thành
từ lõi ngoài chiếm 98%, còn có phần từ trường với nguồn gốc bên ngoài trái đất chiếm
2%, phần từ trường này lại hay biến đổi, là phần quan trọng gây ra những tác động đối
với cơ thể sống.
1.3.2. ĐẶC ĐIỂM CỦA TỪ TRƢỜNG
Cũng như nam châm, Trái Đất có 2 cực địa từ, không trùng với 2 cực địa lý. Cực
Bắc từ có toạ độ 70° Vĩ Bắc Và 96° Kinh Tây, trên lãnh thổ Canada, cách cực Bắc địa lý
800 km. Cực Nam từ có toạ độ 73° Vĩ Nam và 156° Kinh Đông ở vùng Nam cực, cách
cực Nam địa lý 1000 km. Trục từ trường tạo với trục trái đất một góc 11°. Các từ cực
thường có vị trí không ổn định và có thể đảo ngược theo chu kỳ. Do đó bản đồ địa từ
cũng phải thường xuyên điều chỉnh (5 năm một lần). Việc thu nhập các thông tin từ vệ
tinh đã phát hiện các vành đai bức xạ bao quanh trái đất ở môi trường khí quyển trên cao
từ 500–600 km dến 60.000- 80.000 km: đó là từ quyển (tầng điện ly trở lên).
1.3.2.1. Độ từ thiên
Độ từ thiên là góc tạo thành (δ) giữa hướng bắc thực (bắc địa lý) và hướng bắc
từ (là hướng chỉ phương bắc của kim la bàn) hay góc tạo thành giữa kinh tuyến địa lí
(phương bắc nam) và kinh tuyến từ tại điểm đã cho trên mặt đất. Giá trị này sẽ dương khi
bắc từ nằm về phía đông của bắc thực và ngược lại. Ví dụ, ở Việt Nam, độ từ thiên biến
đổi từ –1⁰ ở Cao Bằng đến 0⁰ ở Đà Nẵng và đạt +1⁰ tại Cà Mau

GVHD: Dƣơng Quốc Chánh Tín

- 14 -

SVTH: Vƣơng Thị Ngọc Thảo


Tìm hiểu về trƣờng địa từ và những ứng dụng tại Việt Nam

Hình 1.2.

ụ

ừ

1.3.2.2. Độ từ khuynh

Hình 1.3. M

ừ

N

The Newe Attractive

Độ từ khuynh là góc tạo thành bởi véc tơ từ trường Trái Đất với mặt phẳng nằm
ngang tại điểm khảo sát.Độ từ khuynh là do kim nam châm hướng theo đường sức từ do
tác động của lực từ. Do lực của các đường sức trên Trái Đất không song song với bề mặt
đất nên đầu bắc của kim la bàn sẽ chúi xuống ở bắc bán cầu (giá trị dương) và hướng lên
ở nam bán cầu (giá trị âm). Các đường đồng giá trị từ khuynh trên bề mặt Trái Đất được
gọi là "đường đẳng khuynh". Tập hợp các điểm có giá trị từ khuynh bằng 0 thì được gọi
là xích đạo từ. Giá trị này do động từ -90⁰ đến +90⁰

GVHD: Dƣơng Quốc Chánh Tín

- 15 -

SVTH: Vƣơng Thị Ngọc Thảo


Tìm hiểu về trƣờng địa từ và những ứng dụng tại Việt Nam
Chƣơng 2: TỔNG QUAN VỀ TRƢỜNG ĐỊA TỪ

2.1. TRƢỜNG ĐỊA TỪ
Trường địa từ được biết đến từ rất sớm. Hiện nay tại bảo tàng các sáng chế cổ của
học viện Smith về Lịch sử khoa học tại London vẫn còn giữ lại được chiếc la bàn hình
thìa đầu tiên trên thế giới, do người Trung hoa chế ra vào khoảng năm 220 trước Công
nguyên. Chiếc la bàn hình thìa được làm bằng quặng macnetit luôn chỉ hướng nam quay
trên một đĩa bằng đồng gọi là đĩa vũ trụ và được đặt trên chiếc bàn gỗ vuông tượng trưng
cho Trái đất.

H

21

T
S

Q
L

Từ cuối thế kỷ 15, la bàn đã được sử dụng để định hướng trong các cuộc hành trình
vòng quanh thế giới. Tuy nhiên, vào lúc đó người ta vẫn tin rằng la bàn luôn luôn chỉ

đúng hướng bắc địa lý. Sự lệch giữa hướng bắc địa lý – độ từ thiên chỉ được biết đến sau
chuyến thám hiểm của Christophe Colomb tìm ra châu Mỹ: 3 chiến thuyền của ông và
đoàn thủy thủ xuất phát từ Châu Âu đi theo hướng tây bằng đường biển để tìm ra một
cách đi mới đến Ấn Độ và Trung Hoa. Ông đã trang bị cho cả ba chiếc thuyền dụng cụ
định hướng là chiếc la bàn. Nhưng đến nửa đường thì bổng dưng cả 3 chiếc la bàn đều
không còn chỉ về phương bắc nữa mà lệch đi tới 6 -70, nếu đem so với việc định hướng
bằng sao Bắc đẩu vào ban đêm. Thủy thủ và sĩ quan trên tàu hoang mang đòi quay về.
Christophe Colomb phải trấn an họ bằng cách vặn lại kim la bàn. Khi Colomb khám phá

GVHD: Dƣơng Quốc Chánh Tín

- 16 -

SVTH: Vƣơng Thị Ngọc Thảo


Tìm hiểu về trƣờng địa từ và những ứng dụng tại Việt Nam
ra Châu Mỹ (nhưng lúc đó ông vẫn tin là thuộc đất Ấn Độ) thì kỳ lạ thay, kim la bàn lại
chỉ về đúng phương bắc thực.

H

22

“S

-M

”

3
”

Chính vì độ từ thiên thay đổi khác nhau trên mặt đất, nên đã gây ra nỗi kinh hoàng
cho sĩ quan và thủy thủ của Christophe Colomb.
Ngành khoa học về địa từ chỉ thực sự ra đời từ năm 1600 khi W.Gilbert, nhà vật lý
của nữ hoàng Alizabeth I xuất bản cuốn sách “Trường địa từ” (De Magnet). Trong cuốn
sách này lần đầu tiên W.Gilbert chỉ ra rằng về thực chất, Trái đất là một chiếc nam châm
khổng lồ. Ông đã đưa ra giả thuyết cho rằng trái đất là một quả cầu nhiễm từ đồng nhất,
nguồn gốc và đặc điểm nhiễm từ của Trái đất nằm chính trong bản thân nó. Nếu ta giả
thuyết rằng momen từ được tập trung ở trong một chiếc nam châm nằm cách tâm trái đất
khoảng 400 km thì hướng của trục nhiễm từ của chiếc nam châm này tạo với trục quay
trái đất một góc ~ 11.5 độ. Trường do nam châm tạo nên gọi là trường lưỡng cực. cực
GVHD: Dƣơng Quốc Chánh Tín

- 17 -

SVTH: Vƣơng Thị Ngọc Thảo