غمس مغناطيسي

الميل المغناطيسي ، أو زاوية الميل، هو الزاوية التي تشكلها خطوط المجال المغناطيسي للأرض مع المستوى الأفقي . وتختلف هذه الزاوية باختلاف نقاط سطح الأرض. تشير القيم الموجبة للميل إلى أن المجال المغناطيسي للأرض يتجه نحو الأسفل، أي نحو باطن الأرض، عند نقطة القياس، بينما تشير القيم السالبة إلى أنه يتجه نحو الأعلى. من حيث المبدأ، تُقاس زاوية الميل بالزاوية التي تشكلها إبرة البوصلة عند وضعها عموديًا، إلا أنه عمليًا قد تكون إبر البوصلة العادية غير متوازنة أو غير قادرة على الحركة بحرية في المستوى الصحيح. ويمكن قياس هذه القيمة بدقة أكبر باستخدام أداة خاصة تُعرف عادةً بدائرة الميل .

تم اكتشاف زاوية الميل بواسطة المهندس الألماني جورج هارتمان في عام 1544. ^{[ 1 ]} ووصف روبرت نورمان في إنجلترا في عام 1581 طريقة لقياسها باستخدام دائرة الميل. ^{[ 2 ]}

ينتج الميل المغناطيسي عن ميل المغناطيس إلى الاصطفاف مع خطوط المجال المغناطيسي. ولأن خطوط المجال المغناطيسي للأرض ليست موازية لسطحها، فإن الطرف الشمالي لإبرة البوصلة يشير إلى الأعلى في نصف الكرة الجنوبي (ميل سالب) أو إلى الأسفل في نصف الكرة الشمالي (ميل موجب). ويتراوح الميل من -90 درجة (عند القطب المغناطيسي الجنوبي ) إلى +90 درجة (عند القطب المغناطيسي الشمالي ). ^{[ 3 ]} تُعرف خطوط الكنتور التي يتساوى عندها الميل المقاس على سطح الأرض بخطوط تساوي الميل . ويُطلق على موضع النقاط ذات الميل الصفري اسم خط الاستواء المغناطيسي أو خط الميل . ^{[ 4 ]}

الميل${\displaystyle I}$يُعرَّف محليًا للمجال المغناطيسي الناتج عن لب الأرض، وله قيمة موجبة إذا كان اتجاه المجال أسفل المستوى الأفقي (أي باتجاه باطن الأرض). سنوضح هنا كيفية تحديد قيمة${\displaystyle I}$عند خط عرض معين، باتباع المعالجة التي قدمها فاولر. ^{[ 5 ]}

خارج لب الأرض، ندرس معادلات ماكسويل في الفراغ.${\displaystyle \nabla \times {\textbf {H}}_{c}={\textbf {0}}}$و${\displaystyle \nabla \cdot {\textbf {B}}_{c}=0}$أين${\displaystyle {\textbf {B}}_{c}=\mu _{0}{\textbf {H}}_{c}}$والرمز السفلي${\displaystyle c}$يشير إلى النواة باعتبارها منشأ هذه الحقول. وهذا يعني أنه يمكننا إدخال الكمون القياسي.${\displaystyle \phi _{c}}$بحيث${\displaystyle {\textbf {H}}_{c}=-\nabla \phi _{c}}$أما المعنى الثاني فيعني أن الجهد يحقق معادلة لابلاس${\displaystyle \nabla ^{2}\phi _{c}=0}$.

يؤدي الحل حتى الرتبة الأولى إلى جهد ثنائي القطب المغناطيسي

${\displaystyle \phi _{c}={\frac {{\textbf {m}}\cdot {\textbf {r}}}{4\pi r^{3}}}}$

وبالتالي المجال

${\displaystyle {\textbf {B}}_{c}=-\mu _{o}\nabla \phi _{c}={\frac {\mu _{o}}{4\pi }}{\big [}{\frac {3{\hat {\textbf {r}}}({\hat {\textbf {r}}}\cdot {\textbf {m}})-{\textbf {m}}}{r^{3}}}{\big ]}}$

للعزم المغناطيسي${\displaystyle {\textbf {m}}}$ومتجه الموضع${\displaystyle {\textbf {r}}}$على سطح الأرض. ومن هنا يمكن إثبات أن الميل${\displaystyle I}$كما هو محدد أعلاه يفي (من${\displaystyle \tan I=B_{r}/B_{\theta }}$)

${\displaystyle \tan I=2\tan \lambda }$

أين${\displaystyle \lambda }$هي خط عرض النقطة على سطح الأرض.

تُعدّ هذه الظاهرة بالغة الأهمية في مجال الطيران. تُصمّم البوصلات المغناطيسية في الطائرات بحيث يكون مركز ثقلها منخفضًا بشكل ملحوظ عن نقطة ارتكازها. ونتيجةً لذلك، يكون المركّب الرأسي للقوة المغناطيسية ضعيفًا جدًا بحيث لا يُحرّك قرص البوصلة بشكل ملحوظ عن المستوى الأفقي، مما يُقلّل من زاوية الميل الظاهرة في البوصلة. مع ذلك، يُؤدّي هذا أيضًا إلى إعطاء بوصلة الطائرة قراءات خاطئة أثناء الانعطافات المائلة (خطأ الانعطاف) وتغييرات سرعة الطيران (خطأ التسارع). ^{[ 6 ]}

خطأ في الانعطاف

خطأ في الانعطاف شمالاً ناتج عن انخفاض المجال المغناطيسي

في نصف الكرة الشمالي، يؤدي الانعطاف شمالاً إلى "تأخر" البوصلة عن الانعطاف.

في نصف الكرة الجنوبي، يؤدي الانعطاف شمالاً إلى أن "تقود" البوصلة عملية الانعطاف.

يؤدي انخفاض المجال المغناطيسي إلى تغيير مركز ثقل قرص البوصلة، مما يتسبب في قراءات غير دقيقة مؤقتًا عند الانعطاف شمالًا أو جنوبًا. ومع دوران الطائرة، تتسبب القوة الناتجة عن انخفاض المجال المغناطيسي في تأرجح مجموعة العوامات في نفس اتجاه دورانها. ويتفاقم هذا الخطأ في البوصلة مع الاقتراب من أي من القطبين المغناطيسيين. ^{[ 6 ]}

لتعويض أخطاء الانعطاف، يتعين على الطيارين في نصف الكرة الشمالي "تجاوز" نقطة الانعطاف عند الانعطاف شمالاً، وذلك بالتوقف قبل أن تدور البوصلة إلى الاتجاه الصحيح؛ و"تجاوز" نقطة الانعطاف عند الانعطاف جنوباً بالتوقف بعد دوران البوصلة. ويكون التأثير معاكساً في نصف الكرة الجنوبي. ^{[ 6 ]}

خطأ التسارع

تحدث أخطاء التسارع لأن قرص البوصلة يميل على قاعدته عند التسارع. ^{[ 7 ]} في نصف الكرة الشمالي، عند التسارع باتجاه الشرق أو الغرب، يظهر الخطأ كإشارة انعطاف نحو الشمال. وعند التباطؤ في أي من هذين الاتجاهين، تشير البوصلة إلى الانعطاف نحو الجنوب. ^{[ 6 ]} ويكون التأثير معاكساً في نصف الكرة الجنوبي.

• انعطافات بوصلة الطائرة
• الانحراف المغناطيسي
• شذوذ جنوب المحيط الأطلسي

• أخطاء البوصلة ( مؤرشفة في 1 سبتمبر 2006 على موقع Wayback Machine)
• ابحث عن قيم الانخفاض المغناطيسي