本 科 毕 业 论 文论文题目： 地磁场的结构与作用研究姓 名： 王凯学 号： 2009061101系（部）：物理系专 业： 物理学班 级： 2009 级 1 班指导教师：孟艳完成时间： 2013 年 4 月邢台学院 2013 届本科毕业论文邢台学院 2013 届本科毕业论文摘 要地磁场是一个大的磁场，地理上的北极是地磁上的南级,地理上的南极是地磁上的北极。在地磁场中运动的带电粒子会受到力的作用。地磁场在生活上的应用也是十分广泛的。因此研究地磁场有非常重要的意义。本论文围绕地磁场展开论述，主要研究内容有以下几个方面。第一，地磁场起因的几种假设，支持几种假设的理论知识，以及几种假设与现实不相符的部分。第二，对地磁场的三要素：地磁场的强度、磁倾角、磁偏角进行了详细论述，并给出地磁场的分布图。第三，详细介绍了地磁场的几种应用方面，主要包括地磁测震、地磁探矿、地磁导航，利用地磁场解释磁暴、极光等自然现象。关键词：地磁场；地磁场强度；地磁应用邢台学院 2013 届本科毕业论文AbstractThe geomagnetic field is a large magnetic field, the geographic North Pole is the level of the South geomagnetic , the geographical South Pole on the geomagnetic North Pole. The movement of charged particles in the earths magnetic field will be subject to force. Geomagnetic field in the application of life is also very extensive. Therefore the study of the geomagnetic field has a very important significance.This paper focuses on the geomagnetic field, the main contents include the following parts. Firstly, several assumptions about the earths magnetic field are introduced. Furthermore, we explain the theoretical knowledge supporting on these assumptions, and point out some assumptions do not match to the reality. Secondly, the three elements of the geomagnetic field: the strength of the earths magnetic field, the magnetic inclination and the magnetic declination, are discussed in detail. We also provide the distribution map of the earths magnetic field. Thirdly, the geomagnetic field has many applications, for example, geomagnetic seismic, geomagnetic prospecting, geomagnetic navigation, etc. Moreover, we explain some natural phenomena, magnetic storms, auroras, through the theory of the geomagnetic field. Keywords: geomagnetic field, the intensity of the geomagnetic field, geomagnetic applications邢台学院 2013 届本科毕业论文目 录前言11.地磁场的产生 11.1 地磁的发现11.2 地磁场起源的几种假说22.地 磁 场 的 结 构 32.1 地磁场模型32.2 地磁场的三要素43、地磁场的应用63.1 地磁探矿63.2 地磁测震 63.3 解释自然现象73.4 地磁学应用的设想 7结论8谢辞 9参考文献 10邢台学院 2013 届本科毕业论文0前 言众所周知，地球是一个很大的磁性球体，地 磁 场 是 基 本 的 物 理 场 。 地理上的北极是地磁上的南极，地理上的南极是地磁上的北极，在它的周围空间布满了磁场。指南针总是指向南北极的事实，是地磁场存在的有力证据 1。地磁场的存在直 接 影 响 该 场 中 带 点物 体 和 带 磁 物 体 的 活 动 。 地 磁 场 是 地 球 物 理 学 的 课 题 之 一 。本 文 对 地 磁 场 发 现 过 程 和 地 磁 场 起 因 的 几 种 假 设 进 行 了 简 单 介 绍 ， 了 解 地 磁 场 的历 史 和 发 展 过 程 。 地 磁 场 的 起 因 目 前 有 几 种 假 说 2， 主 要 包 括 永 久 磁 体 假 说 3、 电 荷自 旋 假 说 、 温 差 电 效 应 、 热 压 电 效 应 、 发 电 机 假 说 4等 。 永 久 磁 体 假 说 是 人 们 最 开 始认 识 地 磁 场 时 提 出 的 假 说 ， 而 发 电 机 假 说 是 当 前 人 们 普 遍 认 同 的 假 说 。 这 些 假 说 让 我们 对 地 磁 场 的 本 源 有 了 较 清 晰 的 认 识 。 地磁场的发现已经有几百年的历史，是人类社会进步的一个重大表现。随着人们对地磁场的认识在不断的进步, 在生活中的应用也越来越广泛。地磁探矿、地磁测震、地磁导航等与我们的生活息息相关。同时也利用地磁场解释自然界一些特殊的自然现象，例如磁暴、极光等 5，为我们了解自然提供重要的知识基础。地磁场在空间的分布与条形磁体类似 6，可以通过条形磁体在空间的分布情况来分析地磁场的分布情况 7。地磁场有三要素，地磁场强度、磁倾角、磁偏角 8。分析这三要素，能让我们对地磁场有深刻的认识，为地磁场的应用打下坚实的基础 9。1.地磁场的产生 1.1 地磁的发现我 国 是 世 界 上 最 早 发 现 磁 石 和 地 磁 现 象 的 国 家 。 早 在 公 元 前 六 、 七 世 纪 时 ， 我 国就 有 有 关 磁 的 记 载 ： “上 有 磁 古 者 ， 其 下 有 铜 金 ”。 中 国 宋 代 科 学 家 沈 括 在 公 元 1086年 写 的 梦 溪 笔 谈 中 ， 最 早 记 载 了 地 磁 偏 角 “方 家 以 磁 石 磨 针 锋 ， 则 能 指 南 ， 然 常微 偏 东 ， 不 全 南 也 ”。 沈 括 是 历 史 上 第 一 个 从 理 论 高 度 来 研 究 磁 偏 现 象 的 人 。 勤 劳 聪明 的 中 国 人 ， 认 识 到 地 磁 场 这 一 现 象 ， 发 明 了 四 大 发 明 之 一 的 指 南 针 ， 在 航 海 事 业 上作 出 了 巨 大 的 贡 献 。 成 就 了 郑 和 下 西 洋 ， 哥 伦 布 发 现 新 大 陆 。提 出 较 完 整 的 磁 场 理 论 的 是 英 国 人 吉尔伯特（15441603） ，他是著名的医生，物理学家。他 在 所 著 的 论 磁 一 书 中 ， 把 当 时 许 多 有 关 磁 体 性 质 的 事 实 都 记 录 下 来 -磁石的吸引与推斥；磁针指向南北等性质；烧热的磁铁磁性消失；用铁片遮住磁石，它的磁性将减弱等。吉 尔 伯 特 把 小 磁 针 排 列 的 指 向 标 化 成 一 条 条 线 ， 画 成 许 多 圈 ， 与 地球 经 线 相 像 ， 也 和 地 球 一 样 有 一 条 赤 道 ， 小 磁 针 在 赤 道 上 则 平 行 于 球 面 。 吉 尔 伯 特 提出 ： 地 球 本 身 就 是 一 块 巨 大 的 磁 石 ， 磁 子 午 线 汇 交 于 地 球 两 个 相 反 的 端 点 即 磁 极 ，提 出 地 磁 场 的 排 列 规 律 。 总之，在磁现象的研究方面，吉尔伯特的成就是光辉的，贡献是巨大的。邢台学院 2013 届本科毕业论文11.2 地 磁 场 起 因 的 几 种 假 说地 球 的 起 源 问 题 ， 是 地 球 物 理 学 中 一 个 至 今 尚 未 有 定 论 的 问 题 。 随 着 地 磁 场 的 观测 和 地 球 内 部 结 构 的 研 究 不 断 深 入 ， 提 出 很 多 种 假 说 的 问 题 ， 至 今 没 有 圆 满 解 决 ， 被爱 因 斯 坦 认 为 是 物 理 学 尚 未 解 决 的 五 大 难 题 之 一 。 下 面 对 几 种 常 见 的 假 说 做 一 下 简 单的 介 绍 说 明 。永 久 磁 体 假 说 ： 英 国 的 物 理 学 家 吉 而 伯 特 （ W.Gilbert） 在 1600 年 提 出 地 球 是 一个 巨 大 的 永 久 磁 石 ， 地 磁 场 是 一 个 近 似 沿 自 转 轴 方 向 均 匀 磁 化 的 球 体 磁 场 。 当 物 理学 家 提 出 地 核 是 铁 ， 镍 等 铁 磁 性 物 质 组 成 时 ， 这 种 假 说 似 乎 得 到 支 持 ， 但 是 从 实 验 中得 知 ， 铁 磁 性 物 质 的 磁 化 与 温 度 有 关 ， 随 着 温 度 的 升 高 ， 磁 化 能 力 逐 步 减 弱 。 当 温 度高 于 居 里 温 度 （ 770 ） 时 ， 铁 磁 性 就 完 全 消 失 了 。 地 核 内 部 的 温 度 在 2000 以 上 ，远 远 高 于 居 里 温 度 ， 铁 镍 等 铁 磁 性 材 料 磁 性 消 失 了 ， 所 以 无 法 满 足 这 一 假 说 。电 荷 旋 转 假 说 ： 这 种 假 设 认 为 ， 外 地 核 的 温 度 达 到 4000 左 右 ， 处 于 液 体 状 态 。地 球 的 自 转 使 液 体 流 动 ， 形 成 了 强 大 的 电 流 从 而 产 生 了 磁 场 。 电 离 的 液 体 同 时 存 在 正负 离 子 ， 且 两 种 电 荷 等 量 ， 因 此 在 地 球 自 转 时 ， 正 负 电 荷 产 生 的 磁 场 方 向 相 反 ， 相 互抵 消 ,所 以 这 个 假 设 也 不 能 解 释 地 磁 场 的 起 源 。热 压 电 效 应 ： 地 核 是 超 温 度 、 超 高 压 的 。 在 巨 大 的 压 力 作