Temat 1: Kompasy magnetyczne
a) Stal twarda
wolno uzyskuje właściwości
magnetyczne lecz po namagnesowaniu staje się
magnesem stałym
1. Ogólne zasady magnetyzmu
b) Żelazo miękkie
szybka uzyskuje właściwości
magnetyczne lecz równie szybko je traci
c)
W namagnesowanej sztabce żelaza ( igle
magnetycznej) powstają na przeciwległych końcach
dwa bieguny magnetyczne:
Północny N
Południowy S
d)
Bieguny magnetyczne znajdują się wewnątrz
magnesu w odległości 1/12 długości sztabki, od jej
końców.
e)
Prostą łącząca bieguny magnetyczna nazywa się
osią magnetyczną
f)
Każda namagnesowana sztabka żelaza tworzy
wokół siebie
pole magnetyczne
. Jest to przestrzeń, w
której występują magnetyczne zjawiska przyciągania
i odpychania
g)
Pole magnetyczne indukuje (wywołuje na
odległość) bieguny magnetyczne w umieszczonym w
nim kawałku żelaza w ten sposób, że w końcu
bliższym bieguna N powstaje biegun S i odwrotnie
h)
Namagnesowana
sztabka
żelaza
(igła
magnetyczna) mająca swobodę ruchu w kierunku
poziomym, ustawi się w linii N-S. Północny koniec
igły ustawi się w kierunku północnym, a południowy
koniec w kierunku południowym.
Spowodowane jest to tym, że Kula Ziemska jest
jednym dużym magnesem, w którego polu mniejszy
magnes ustawia się zgodnie z prawami magnetyzmu.
Całą kulę ziemską można uważać za jeden duży
magnes, którego bieguny (
magnetyczne
) leżą w
pobliżu biegunów geograficznych (
rzeczywistych
),
lecz się z nimi nie pokrywają.
2. Magnetyzm ziemski i deklinacja
Bieguny magnetyczne zmieniają swoje położenie na
kuli ziemskiej.
W pobliżu północnego bieguna rzeczywistego (
N
)
znajduje się południowy biegun magnetyczny (
S
m
) i
odwrotnie.
Dla uproszczenia przyjęto, że biegun magnetyczny
leżący w pobliżu północnego bieguna rzeczywistego
będzie północnym biegunem magnetycznym (
N
m
)
Nasza planeta jako magnes wytwarza
ziemskie pole
magnetyczne
, którego linie mają przebieg zbliżony
do
przebiegu
nieregularnych
południków
geograficznych.
N
S
N
m
S
m
Jeżeli przez oś symetrii
igły
magnetycznej
przeprowadzimy
płaszczyznę
przechodzącą
przez
środek
Ziemi
to
przecięcie
tej
płaszczyzny
z
powierzchnią
Ziemi
utworzy
południk
magnetyczny
.
Kąt zawarty między północną częścią południka
rzeczywistego
a
północną
częścią
południka
magnetycznego nazywamy deklinacją magnetyczną.
N
S
N
m
S
m
d
Linie łączące punkty o
jednakowej wartości
deklinacji magnetycznej
nazywamy
izogonami
Linie łączące punkty o
zerowej wartości
deklinacji magnetycznej
nazywamy
agonami
Swobodnie zawieszona igła magnetyczna ustawia się
zawsze pod pewnym kątem do płaszczyzny
horyzontu. Kąt ten wacha się od 90º na biegunach
magnetycznych do 0º na równiku magnetycznym.
Kąt nachylenia swobodnie zawieszonej igły
magnetycznej
do
płaszczyzny
horyzontu
nazywamy
inklinacją
lub
kątem inklinacji.
Oznaczamy go literą
I
Linie łączące punkty o jednakowej wartości
inklinacji nazywamy
izoklinami
Północny
koniec
swobodnie
zawieszonej
igły
magnetycznej
wskazuje
kierunek
całkowitego
natężenia ziemskiego pola magnetycznego (
T
) w
danym miejscu kuli ziemskiej.
Natężenie to można
rozłożyć
na 2 składowe:
poziomą
H
pionową
V
Płaszczyzna
horyzontu
I
T
H
V
H = T
x
cos I
V = T
x
sin I
Największy
wpływ
na
wskazania
kompasu
magnetycznego ma składowa pozioma magnetyzmu
ziemskiego. Jej wartość na równiku magnetycznym
wynosi:
H = T
x
cos 0º = T
czyli
składowa
pozioma
ma
wartość
równą
całkowitemu
natężeniu
ziemskiego
pola
magnetycznego.
Natomiast na biegunach magnetycznych wartość jej
wynosi:
H = T
x
cos 90º = 0
czyli składowa pozioma ma wartość zero, co powoduje,
że
kompasy
magnetyczne
w
szerokościach
podbiegunowych stają się bezużyteczne.
Deklinacja magnetyczna w danym punkcie na kuli
ziemskiej nie jest wartością stałą lecz ulega powolnym
zmianom. Zmiany te są uwidocznione na mapach
morskich i należy brać je pod uwagę.
Cały stalowy statek poddany jest w czasie budowy i
późniejszego użytkowania stałemu działaniu pola
magnetyzmu ziemskiego. Działanie to indukuje w
kadłubie statku i w jego składowych częściach
bieguny magnetyczne z otaczającymi je polami
magnetycznymi. Powstałe w ten sposób pola
magnetyczne tworzą w sumie pole magnetyczne
całego statku, które wpływa na wskazania igły
kompasowej.
3. Magnetyzm okrętowy i dewiacja
Na stalowym statku igła kompasu magnetycznego
znajduje się pod stałym wpływem magnetyzmu
ziemskiego
i
magnetyzmu
statku.
Nie ustawia się ona w kierunku linii pola magnetyzmu
ziemskiego, lecz w pewnym kierunku wypadkowym,
zależnym od działania jego składowych.
Kierunek ten jest kierunkiem tak zwanego
południka
kompasowego
i zależy od:
właściwości magnetycznych samego statku
miejsca ustawienia kompasu magnetycznego
kursu statku w danej chwili
miejsca, w którym statek znajdują się na kuli
ziemskiej.
Kąt zawarty pomiędzy północną częścią
południka kompasowego a północną częścią
południka magnetycznego nazywamy
dewiacją
magnetyczną
i oznaczamy go literą
δ
Dewiacja ma znak
dodatni
(
+
), jeśli północny
koniec igły kompasowej jest odchylony w
prawo, czyli na wschód (
E
) od południka
magnetycznego, i znak ujemny (
-
), jeśli koniec
ten jest odchylony w lewo, czyli na
zachód
(
W
)
od południka magnetycznego.
Suma dewiacji magnetycznej (
δ
) i deklinacji
magnetycznej (
d
) jest całkowitą poprawką
kompasu magnetycznego (
cp
)
Bieguny magnetyczne, powstające na statku wskutek
indukcji magnetyzmu ziemskiego zależne są od
rodzaju żelaza w jakim są indukowane.
Można podzielić je na trzy zasadnicze rodzaje:
a) Zależność dewiacji od rodzaju materiałów użytych
do budowy
statku.
bieguny w żelazie twardym
bieguny w żelazie miękkim
bieguny w żelazie półtwardym
Bieguny w żelazie twardym
powstają w trakcie
budowy statku, są stałe i nie zmieniają się podczas
całego okresu eksploatacji.
Bieguny te są niezależne od kursu statku i od szerokości
magnetycznej, na której statek się znajduje.
Wywołują one pole magnetyczne, stałe pod względem
kierunku
i natężenia, które wywiera stały wpływ na kompas
okrętowy.
Bieguny w żelazie miękkim
są to bieguny zmienne,
powstające na krótki okres i następnie szybko
znikające lub zmieniające swój znak.
Bieguny te są zmienne i zależą od:
szerokości geograficznej
kursu statku.
Bieguny w żelazie półtwardym
powstają podczas
dłuższego pozostawania statku na tym samym kursie
(w morzu) lub w trakcie dłuższych remontów, gdy
unieruchomiony statek jest ustawiony przez parę
miesięcy w tym samym kierunku.
Bieguny te są czymś pośrednim między biegunami w
żelazie twardym i w żelazie miękkim; zarówno do ich
powstania jak i zniknięcia konieczny jest dłuższy okres
czasu.
Różne rodzaje żelaza okrętowego zachowują się
odmiennie w polu magnetyzmu ziemskiego i wskutek
tego wywołują różnego rodzaju dewiację. Ogólnie
dzielimy dewiację na:
półokrężną
ćwierćokrężną
stałą
przechyłową
b) Rodzaje dewiacji magnetycznej
Dewiacja półokrężną
jest wywoływana żelazem
twardym i pionowym żelazem miękkim. Dewiacja ta
nosi nazwą półokrężnej ponieważ, na połowie okręgu
róży kompasowej posiada znak plus, a na drugiej
połowie — znak minus. Jest to największa składowa
dewiacji na statku i jej wartości mogą dochodzić do
20°. Dewiacja ta jest zmienna a wpływ na nią ma
składowa pionowa (
V
) magnetyzmu ziemskiego.
Zależy ona od szerokości geograficznej, na której
znajduje się statek.
Dewiacja ćwierćokrężna
jest wywoływana miękkim
żelazem poziomym i zmienia swój znak na okręgu róży
kompasowej 4 razy, na przemian plus i minus. Wartość
jej nie przekracza na ogół 6° i jest niezależna od
szerokości geograficznej.
Dewiacja
stała
jest
wywoływana
poziomym
niesymetrycznym żelazem miękkim. Wartość jej waha
się w granicach l - 2° i jest niezależna od szerokości
geograficznej.
Dewiacja przechyłowa
jest wywoływana przechyłami
statku na fali
c)
Wzór
na
ogólną
dewiację
kompasu
magnetycznego
.
δ = A + B
*
sin KK+ C
*
cos KK + D
*
sin 2KK
+E
*
cos 2KK
gdzie:
KK – kurs kompasowy
A - dewiacją stałą,
B, C, D i E współczynnikami wyrażonymi w stopniach:
współczynnik B jest maksymalną dewiacją na
kursach E i W
współczynnik C jest maksymalną dewiacją na
kursach N i E,
współczynnik D jest maksymalną dewiacją na
kursach NE i SE,,
współczynnik E jest maksymalną dewiacją na
kursach SW i NW
Okrętowe kompasy magnetyczne składają się z
dwóch zasadniczych części:
Kociołka wraz z układem kierującym
Szafki kompasowej
3. Budowa i zasada działania kompasu
magnetycznego
Szafka kompasowa składa się z:
Podstawy
Części dolnej – w której umieszczone są urządzenia
do
kompensacji dewiacji
Części górnej – w której umieszczony jest kociołek z
układem
kierującym, ruchoma kopuła, oświetlenie i inne
urządzenia
Kociołek
jest
szczelnie
zamkniętym
naczyniem
wypełnionym płynem. W jego wnętrzu znajduje się układ
kierujący. Układ kierujący składa się z pierścienia
magnetycznego (lub sztabek magnetycznych - zamiast
igły magnetycznej), ułożonego w dolnej części pływaka.
Pływak posiada czpień, który opiera się o specjalne
wgłębienie. Do pływaka jest przymocowana róża
kompasowa z podziałką stopniową i rumbową. Na
wewnętrznej
krawędzi
kociołka
kompasowego
umieszczone są dwie naprzeciwległe kreski zwane
kreskami kursowymi. Szafka wraz z kociołkiem
ustawiona jest tak aby kreski kursowe pokrywały z
płaszczyzną symetrii statku. Przy wszelkich zwrotach
statku kociołek kompasowy obraca się wraz z nim i w ten
sposób statek „nachodzi" na żądany kurs, który wskazuje
róża kompasu zachowująca stały kierunek