Luận văn tốt nghiệp: La bàn từ, công tác khử độ lệch la bàn từ

Trên đó có vạch khắc độ cho ta biết khoảng cách từ tâm quả cầu tới tâm la bàn là bao nhiêu, quả cầu có thể xoay được để thay đổi vị trí của nó so với tâm la bàn, khử độ lệch góc phân Ơû

PHẦN I: GIỚI THIỆU

NỘI DUNG TRÌNH BÀY TRONG PHẦN NÀY GỒM:

 SỰ RA ĐỜI VÀ PHÁT TRIỂN CỦA LA BÀN TỪ

 SỰ TỒN TẠI KHÔNG THỂ THIẾU CỦA LA BÀN TỪ TRÊN TÀU

BIỂN

 ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

 GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI LA BÀN SỬ DỤNG TRÊN TÀU

BIỂN

 QUY ĐỊNH CỦA IMO VỀ VIỆC TRANG BỊ VÀ SỬ DỤNG LA BÀN

TỪ TRÊN TÀU BIỂN

I SỰ RA ĐỜI VÀ PHÁT TRIỂN CỦA LA BÀN TỪ

Lịch sử la bàn bắt đầu từ hơn 1000 năm trước công nguyên, lúc đó người Trung Quốc khám phá ra nguyên tắc và từ từ phát triển thêm Theo các sử sách Tây phương ghi lại là la bàn từ dùng kim nam châm được các nhà hàng hải Trung Hoa dùng khoảng năm 1100 Tây lịch; các thuỷ thủ Anh vào năm

1190 đã dùng la bàn từ trong khi đi biển; còn với người Arập bắt đầu dùng la bàn từ khoảng năm 1220 và khoảng năm 1250 thì người Viking đã biết dùng la bàn này

Trước khi phát minh ra la bàn, thuỷ thủ định hướng bằng vị trí mặt trời lúc ban ngày và vị trí của sao vào ban đêm, và người ta cũng thường theo hướng gió mậu dịch theo mùa Nhưng khi trời nhiều mây hoặc mưa thì không thể định hướng được La bàn từ đã giúp giải quyết việc định hướng trong mọi hoàn cảnh thời tiết, kể cả việc định hướng của gió mậu dịch

Từ cuối thế kỷ 15 cho tới đầu thế kỷ 16, những nhà hàng hải Âu châu đã đi thám hiểm nhiều nơi , vẽ những đường đi mới , khám phá ra châu Mỹ và đã thực hiện những chuyến đi vòng quanh thế giới Nếu không có la bàn từ thì khó có thể thực hiện được các chuyến viễn du này

La bàn đầu tiên được gọi là “kim chỉ Nam” do người Trung Hoa phát minh rất sớm, ngay khi người ta tìm ra được từ lực và đá nam châm, trong khoảng thời kỳ chiến tranh, nhà Chu lập quốc Kim chỉ nam ngày xưa khác với

la bàn ngày nay Nó có hình dáng đơn giản như một cái muỗng cắt ra từ một miếng nam châm thiên nhiên và được đặt trên một cái đế bằng đồng đã được mài láng để giảm ma sát Sau đó những người đi biển ban đầu dùng “Cá chỉ Nam”, dùng sắt cắt hình con cá, rồi được từ hoá Khi được thả vô nước, “Cá chỉ Nam” sẽ lơ lửng trong nước và nằm theo trục Bắc Nam Dần dần người ta thay “Cá” băng kim nam châm từ hoá, được gắn vào một cái chén đã có ghi phương hướng: Đông, Tây, Nam, Bắc, Người ta cũng dần dần biết đến sự lệch của từ trường và các sự biến thiên này thay đổi theo vị trí của từng nơi , từng khu vực Lúc đầu mặt la bàn được chia làm 32 khoảng sau đó khắc theo vòng tròn thành 360 độ

Trong hàng hải, la bàn từ được dùng để chỉ hướng đi Được trang bị thêm dụng cụ đo hướng người ta dùng la bàn từ để đo hướng đối chiếu từ hai hay ba mục tiêu được xác định trên hải đồ để xác định vị trí con tàu, từ đó tính được khoảng cách đã đi, vân tốc hướng phải đi

Trong thời cận đại la bàn được gắn với hoa gió, có đường tim (lubber line) đường tương ứng với trục dọc theo chiều dài của tàu, đặt trong bầu la bàn, mặt trên có kiếng trong và đèn soi, chứa chất lỏng Người ta cũng quan tâm đến việc xác định nguyên nhân gây ra độ lệch la bàn từ, tìm ra những phương pháp khử độ lệch ấy bằng thanh nam châm vĩnh cửu, sắt non … Hay trong việc đóng tàu bố trí đặt la bàn từ ở vị trí dọc tàu…

Nguyên lý của la bàn từ ngày nay không khác gì mấy so với la bàn cổ xưa dùng trong lĩnh vực hàng hải Nó bao gồm một kim từ hoá hoặc một tổ hợp các kim từ vĩnh cửu cho phép quay tròn trên mặt phẳng nằm ngang Sự vượt trội của các la bàn từ hiện đại đang được sử dụng trên các tàu biển hiện nay là kết quả của sự hiểu biết tốt hơn về các quy luật của từ trường- các quy luật chi phối cách thức hoạt động của la bàn từ và cũng do cấu trúc của các la bàn chính xác hơn

La bàn từ là một trong những phát minh được dùng với ít nhiều cải tiến, lâu dài nhất, là thiết bị không thể thiếu trên các tàu biển

II SỰ TỒN TẠI KHÔNG THỂ THIẾU CỦA LA BÀN TỪ

La bàn từ là một thiết bị hàng hải thiết yếu, việc xác định được phương hướng khi hành trình trên biển là rất quan trọng, đặc biệt là trong trường hợp tầm nhìn xa bị hạn chế và các thiết bị xác định phương hướng khác không có sẵn Chức năng chính của la bàn từ là cho biết đươc hướng mũi tàu La bàn từ là một thiết bị hoạt động không phụ thuộc vào nguồn điện cung cấp, và là một thiết bị hàng hải đáng tin cậy, đồng thời là một công cụ đắc lực cho việc xác định nguy cơ va chạm (theo điều 7 của Colreg)

Hơn thế nữa la bàn từ còn được ứng dụng vào việc xác định vị trí tàu nhờ

đo phương vị tới mục tiêu, hoặc đo phương vị của các thiên thể như mặt trời… Sự hoạt động ở trạng thái tốt, ít sai số sẽ đảm bảo cho việc hành hải của con tàu an toàn, đi đúng hướng

Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ kỹ thuật, ngày nay con người đã phát minh ra la bàn điện để thay thế chức năng cho la bàn từ trong hành hải Tuy nhiên trong trường hợp nguồn điện trên tàu bị cắt hoặc la bàn điện bị hư hỏng, sự tồn tại không thể thiếu của la bàn từ trong việc đinh hướng cho con tàu là rất quan trọng Con tàu không thể hành trình mà không có thiết

bị chỉ hướng Nguyên tắc phòng tránh mọi rủi ro trong hàng hải bắt buộc phải trang bị la bàn từ trên mọi tàu biển tham gia hành trình

III ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1 Nghiên cứu một cách tổng quát về từ trường, từ tính và cường độ từ trường của nam châm Đặc tính từ hoá của các vật sắt từ và từ trường của quả đất

2 Những lý luận về độ lệch la bàn từ sinh ra do ảnh hưởng của các vật sắt từ có trên tàu biển, trong trạng thái cân bằng, nghiêng ngang, nghiêng dọc

3 Những lý luận và các phương pháp thực hành khử độ lệch riêng la bàn Công tác khử độ lệch la bàn từ đặt trên tàu biển

4 Phương pháp và cách xác định độ lệch còn lại sau khi khử

Tìm hiểu công tác hiệu chỉnh la bàn của Mỹ qua cuốn sách: HAND

6 Quy định của IMO về việc trang bị và sử dụng la bàn từ

7 Công tác khử độ lệch la bàn từ thực tế ở Việt Nam

IV GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI LA BÀN TỪ SỬ DỤNG TRÊN TÀU BIỂN

1 La bàn từ chuẩn: lắp lộ thiên trên nóc buồng lái dùng để chỉ hướng đi của tàu và đo hướng ngắm của mục tiêu Do vị trí lắp đặt trên nóc buồng lái, ít chịu ảnh hưởng của những vật liệu mang từ tính trên tàu và các thiết bị điện từ ở buồng lái, độ lệch tương đối nhỏ nên gọi là la bàn chuẩn

2 La bàn từ lái: lắp đặt trong buồng lái chuyên dùng để chỉ hướng lái Hiện nay có nhiều tàu dùng mặt phản ảnh của la bàn con quay để lái, đồng thời dùng thiết bị phản chiếu la bàn chuẩn từ nóc buồng lái xuống buồng lái, để đối chiếu với la bàn con quay

3 La bàn từ sự cố: lắp gần cần lái sự cố dùng để lái khi sử dụng máy lái sự cố Hiện nay nhiều tàu đều dùng mặt phản ảnh của la bàn con quay làm

la bàn sự cố

4 La bàn từ xuồng: là một la bàn từ nhỏ trang bị trên xuồng cứu sinh có

giá đỡ và có đèn chiếu sáng kèm theo

V QUY ĐỊNH CỦA IMO VỀ VIỆC TRANG BỊ VÀ SỬ DỤNG LA BÀN TỪ TRÊN TÀU BIỂN

Được quy định ở phụ lục 13 chương V của SOLAS 74 – Magnetic Compass: Hướng dẫn và giải thích những yêu cầu về vận hành, bảo quản, và kiểm tra la

bàn từ

1) Điều 19 đoạn 2.1.1, 2.1.2, 2.1.3 và 2.2.1 trình bày yêu cầu cho tất cả mọi tàu (trừ tàu đánh cá và du thuyền dưới 150 GT) phải trang bị la bàn từ hoặc thiết bị tương đương để xác định và hiển thị hướng mũi tàu, hoạt động không phụ thuộc vào bất cứ nguồn cung cấp năng lượng nào La bàn từ phải được trang bị biểu xích để xác định được phương vị theo phương ngang 3600 và sử dụng để xác định hướng đi chính xác và phương vị thật trong mọi lúc

2) Những tàu đánh cá nhỏ nên cố gắng trang bị theo yêu cầu của điều

19

Tiêu chuẩn của IMO về sự hoạt động của la bàn từ

3) La bàn từ phải tuân theo tiêu chuẩn hoạt động dành cho la bàn từ: tiêu chuẩn A.382 (X) và thiết bị truyền hướng đi từ theo tiêu chuẩn MSC.86(70) mục 2 (Được trích dẫn ở phần Phụ Lục)

4) Điều 19 yêu cầu tất cả các tàu từ 150 GT và tất cả các tàu chở khách phải trang bị la bàn từ dự trữ hoặc thiết bị tương đương

Nhiệm vụ bảo dưỡng la bàn từ

5) Chủ tàu và thuyền trưởng chịu trách nhiệm về việc đảm bảo la bàn từ trên tàu của họ được bảo dưỡng và hoạt động tốt

Hiệu chỉnh la bàn từ

6) Mỗi la bàn từ được yêu cầu trang bị trên tàu theo điều khoản này sẽ được hiệu chỉnh đúng cách và bảng độ lệch hay đường cong độ lệch còn lại phải có trên tàu trong mọi lúc La bàn từ nên được hiệu chỉnh khi:

a) Khi la bàn từ được lắp đặt lần đầu

b) Khi la bàn từ trở nên không còn đáng tin cậy nữa

c) Khi cấu trúc thượng tầng của con tàu được sửa chữa hoặc thay đổi vì nó ảnh hưởng tới từ tính vĩnh cửu và từ tính cảm ứng d) Khi thêm vào hoặc lấy đi thiết bị điện hoặc thiết bị từ đặt ở gần

la bàn

e) Khi khoảng 2 năm sau lần hiệu chỉnh trước và bản ghi độ lệch không còn được lưu giữ, hoặc khi độ lệch đo được là quá lớn, hoặc khi phát hiện những hư hỏng của la bàn

Aûnh hưởng của từ tính trong suốt cuộc đời của một con tàu:

7) Bởi vì từ tính của một con tàu thường là không ổn định, trong quá trình hoạt động ở thời gian đầu của la bàn từ cần kiểm tra cẩn thận, và tiến hành hiệu chỉnh khi cần thiết

8) Thuyền trưởng nên kiểm tra sự hoạt động của la bàn từ, đặc biệt sau khi:

a) Tàu chuyên chở hàng hoá chứa từ tính

b) Sử dụng thiết bị cẩu (điện từ trường) để dỡ hoặc bốc hàng c) Khi tàu tiếp xúc với nguồn điện

d) Tàu nằm cố định trên một hướng, trong một thời gian ngắn cũng có thể gây ra độ lệch lớn, đặc biệt đối với những tàu nhỏ

9) Các từ tính giữ lâu có thể thay đổi từ tính một con tàu, làm cho la bàn không đáng tin cậy Tuy nhiện một số lượng lớn các từ tính cảm ứng gây ra bởi nam châm điện sau đó sẽ bị phân giã từ, do vậy việc hiệu chỉnh ngay lúc đó là không cần thiết Mọi nỗ lực phải được thực hiện để xác định độ lệch la bàn từ

Kiểm tra sự hoạt động của la bàn từ

10) Sự hoạt động của la bàn từ nên được kiểm tra bằng cách ghi lại định kỳ độ lệch vào sổ độ lệch la bàn từ Sai số la bàn nên được xác định sau mỗi khi thay đổi những hướng đi lớn, và ít nhất một lần khi không có sự thay đổi hướng đi lớn Kiểm tra độ lệch la bàn thường xuyên có thể giúp chúng ta nhận ra cần sửa chữa la bàn, thử nghiệm hoặc hiệu chỉnh Hơn thế nữa, la bàn từ nên được kiểm tra bởi sĩ quan có chuyên môn hoặc chuyên viên hiệu chỉnh la bàn Hiệu chỉnh và sửa chữa

11) Ơû Anh Quốc, tất cả việc hiệu chỉnh được thực hiện bởi chuyên viên hiệu chỉnh la bàn, người có chứng chỉ chuyên môn về hiệu chỉnh la bàn được cấp bởi chính phủ Anh

12) Nếu như không có chuyên viên hiệu chỉnh chất lượng, và thuyền trưởng thấy việc hiệu chỉnh là cần thiết Thì sĩ quan boong hạng nhất có thể thực hiện Và sau đó việc hiệu chỉnh cần được thực hiện lại bởi chuyên viên hiệu chỉnh la bàn khi có dịp

13) Ngày hiệu chỉnh và những chi tiết cụ thể khác sẽ được ghi vào sổ độ lệch la bàn từ Vị trí của các dụng cụ hiệu chỉnh được ghi vào nhật ký la bàn và bảng độ lệch Bởi vì khoảng cách từ các nam châm khử B và C tới mặt la bàn chuẩn và thành phần truyền đi là khác nhau

14) Việc sửa chữa được thực hiện bởi nhà sản suất hoặc người có chuyên môn, và sử dụng đúng thiết bị Khi công việc kết thúc, người sửa chữa sẽ cung cấp cho chủ tàu hoặc thuyền trưởng một giấy chứng nhận, chứng thực rằng công việc sửa chữa đã được thực hiện theo yêu cầu ISO 2269 cho la bàn loại A và ISO 10316 cho la bàn loại B theo tiêu chuẩn quốc tế của la bàn từ

PHẦN II: CẤU TẠO CỦA MỘT SỐ LOẠI LA BÀN

TỪ

Trên tàu biển hiện nay hầu hết đều sử dụng la bàn từ nước, nên trong phần này xin trình bày cấu tạo của 3 loại la bàn từ nước đặc trưng đang được sử dụng trên các tàu biển hiện nay:

A LA BÀN TỪ KIỂU MỸ

B LA BÀN TỪ KIỂU NHẬT BẢN

C LA BÀN TỪ KIỂU TRUNG QUỐC

A LA BÀN TỪ KIỂU MỸ

Hình trên là hình dáng bên ngoài của la bàn từ kiểu Mỹ

Cấu tạo của la bàn từ này gồm có:

I Thân La Bàn

Được làm bằng gỗ tốt, không mang từ tính Phần dưới của thân có 4 bulông để bắt vào mặt boong tàu, các bulông này khi được mở lỏng ra có thể xoay thân la bàn để điều chỉnh khử độ lệch cố định A

Hai bên trái và phải của thân la bàn có hai quả cầu sắt non, đặt trên hai vai của la bàn Dùng để khử độ lệch góc phần tư, tâm của hai quả cầu này và kim nam châm của la bàn nằm trên cùng một mặt phẳng Quả cầu bên trái được sơn màu đỏ, quả cầu bên phải được sơn màu xanh Trên đó có vạch khắc độ cho ta biết khoảng cách từ tâm quả cầu tới tâm la bàn là bao nhiêu, quả cầu có thể xoay được để thay đổi vị trí của nó so với tâm la bàn, khử độ lệch góc phân

Ơû ngay phía trước chân la bàn có nắp một ống đồng trong đó nắp một thanh sắt non dùng đễ khử độ lệch do ống khói và các trụ thẳng đứng sinh ra

gọi là thanh Flinder Trong ống này, cục sắt

non Flinder được đặt ở vị trí cao nhất, ớ dưới

lót đế bằng gỗ sao cho tác dụng của thanh

Flinders đối với kim la bàn là tốt nhất

Bên trong thân la bàn có bóng đèn

chiếu sáng giúp ta có thể thấy được số chỉ

của kim la bàn khi trời tối

Bên trong ngay đường tâm theo chiều

thằng đứng, phía dưới chậu la bàn có một

ống đồng thẳng đứng, trong đó chứa nam

châm thẳng đứng dùng để khử độ lệch

nghiêng của la bàn từ, có thể điều chỉnh vị

trí của nam châm thẳng đứng bằng cách di

chuyển lên xuống ống đồng, và cố định được

vị trí của ống đồng sau khi đã hiệu chỉnh độ lệch nghiêng xong

Phía dưới của thân la bàn có cửa, trong đó có các giá đỡ có các lỗ ngang để chứa nam châm khử ngang B và nam châm khử dọc C Các giá đỡ này có số chỉ vị trí của nam châm khử được đặt ở đâu

II Chậu La Bàn

Gồm có các bộ phận

Kim nam châm là tổ hợp 2

kim nam châm đặt phía

dưới mặt la bàn, theo

nguyên tắc: cực bắc của kim

nam châm luôn chỉ hướng

bắc địa từ, được thiết kế

đồng trục với đĩa khắc độ

trên mặt la bàn

Đĩa khắc độ có mũi tên

đánh dấu ở 8 hướng chính:

N, NE, E, SE, S, SW, W,

NW chia làm 3600 có số chỉ

cách nhau 100 một

Chậu la bàn được treo bằng

vòng cacđăng và có 4 trụ đỡ giúp cho mặt la bàn luôn ở mặt phẳng ngang khi tàu lắc

Dung dịch chứa trong chậu la bàn là dung dịch cồn và nước cất giúp giảm ma sát giữa trục kim nam châm với đĩa khắc độ

B LA BÀN TỪ NHẬT BẢN

Cấu tạo của la bàn từ Nhật Bản hiệu Daiko, Model T150B gồm:

I Chân La Bàn

Chân đế la bàn dùng

để đỡ chậu la bàn và

chứa các thanh nam

châm dùng để hiệu

chỉnh độ lệch, được chế

tạo bằng vật liệu phi từ

tính Trên đỉnh của chân

la bàn có nắp la bàn làm

bằng đồng có cửa ở phía

sau Hai bên trái và phải

của chân đế có hai hộp

đựng thanh sắt non, đặt

trên hai vai của la bàn,

trọng tâm của hai hộp

sắt non này va økim nam châm trong la bàn nằm trên cùng một mặt phẳng

Ơû ngay phía trước chân la bàn lắp một hộp gỗ trong đó có lắp một thanh sắt non dùng để khử độ lệch do ống khói và các trụ thẳng đứng sinh ra gọi là thanh sắt flinder Trong thân của la bàn có chứa các thanh nam châm vĩnh cửu ngang và dọc dùng để khử độ lệch bán vòng Các nam châm khử được điều chỉnh bằng vít vô tận để thay đổi góc giữa hai nam châm ngang và giữa hai nam châm dọc, qua đó làm tăng hoặc giảm lực tác dụng của kim nam châm khử lên kim la bàn từ

Ơûgiữa thân la bàn có ống thẳng đứng chứa nam châm thẳng đứng khử độ lệch nghiêng của la bàn Trong chân la bàn có lắp một bóng đèn điện có bộ phân điều chỉnh độ sáng Nguồn cung cấp cho bóng đèn này có thể là nguồn xoay chiều hoặc nguồn một chiều tuỳ thuộc vào công tắc nguồn mà ta lựa chọn

Trong thân của la bàn cũng có một đường ống trong đó chứa các lăng kính giúp cho ta thấy được mặt la bàn từ buồng lái

Trên thân của la bàn có mặt chỉ báo độ nghiêng ngang của tàu, có khắc cung vạch chia từ 0-400 sang trái hoặc phải, cho ta biết tàu đang nghiêng ngang bao nhiêu

II Chậu La Bàn

Chậu la bàn được làm bằng kim loại không mang từ tính và đủ nặng để duy trì trạng thái nằm ngang khi tàu bị nghiêng, gồm có các bộ phận:

Đĩa khắc độ (đĩa la bàn): có dạng hình vòng tròn được chia độ từ 00 - 3600, theo hướng trục dọc của tàu giúp xác định phương vị và góc mạn của mục tiêu…

Mặt la bàn (còn gọi là hoa gió – compass rose) được chia thành 32 khoảng, sau

Kim nam châm: gồm có hai nam châm song song với nhau, cùng với từ trường của trái đất tạo ra lực chỉ hướng của la bàn từ

Dung dịch chứa trong chậu la bàn: chất lỏng bao gồm 45% cồn và 55% nước cất có cộng dụng để giảm ảnh hưởng của trọng lựợng của kim nam châm và hoa gió để triệt tiêu sực dựa của bộ phận này trên trục dựa, giảm ảnh hưởng của ma sát trên chốt lấy phương vị và giảm ảnh hưởng chao đảo của đĩa la bàn Bầu la bàn được treo trong hệ thống khớp cacđăng để lúc nào cũng giữ được mặt la bàn từ theo vị trí mặt phẳng ngang và tạo sự bảo vệ thích hợp từ các chấn động cơ học

C LA BÀN TỪ TRUNG QUỐC

Cấu tạo la bàn từ Trung Quốc

I Chân đế la bàn

Xem hình bên:

Chân đế la bàn dùng để đỡ chậu la bàn

và chứa các thanh nam châm dùng để

hiệu chỉnh độ lệch, được chế tạo bằng

loại vật liệu phi từ tính Phần dưới của

chân đế có các lỗ để bắt bulông vào mặt

boong tàu, các bulông này khi được mở

lỏng ra có thể xoay thân la bàn để điều

chỉnh khử độ lệch cố định A

Hai bên trái và phải của của chân đế có

hai quả cầu sắt non, đặt trên hai vai của

la bàn, dùng để khử một phần độ lệch la

bàn, tâm của hai quả cầu này và kim nam

châm trong la bàn nằm trên cùng một mặt

phẳng Trên đỉnh chân la bàn có nắp la

bàn làm bằng đồng có cửa ở phía trước và

phia sau, bên trong có đặt một đèn dầu để sử dụng phòng khi hỏng đèn điện… Bên trong ngay đường tâm, phía dưới chậu la bàn có một ống đồng thẳng đứng, dùng để nắp thanh nam châm thẳng đứng khử độ lệch nghiêng.trong đó có bộ phận điều chỉnh nâng hạ thanh nam châm bằng dây xích, có chốt giữ dây xích để cố định vị trí thanh nam châm thẳng đứng sau khi hiệu chỉnh xong

Ơû ngay phía trước chân la bàn có nắp một ống đồng trong đó nắp một thanh sắt non dùng đễ khử độ lệch do ống khói và các trụ thẳng đứng sinh ra gọi là thanh Flinder

Trong chân la bàn lắp một bóng đèn điện có bộ phận điều chỉnh độ sáng và công tắc đặt ở bên ngoài, bên hông của la bàn Phần phía dưới chân có cửa, trong đó đặt giá đỡ gồm nhiều lỗ ngang để đặt các thanh nam châm vĩnh cửu ngang và dọc khử độ lệch, đối với các nam châm ngang để thuận tiện cho việc đưa nam châm ngang vào lỗ, người ta chế tao lỗ theo chiều dọc, sau khi đưa vào xoay sang chiều ngang Trong chân la bàn có các bệ trục với các vạch số dùng để lấy số liệu vị trí các thanh nam châm khử sau khi hiệu chỉnh, có đai khoá cố định vị trí của các thanh nam châm ngang, dọc sau khi đã hiệu chỉnh xong Tương tự cũng có vạch số để ghi lại vị trí của hai quả cầu sắt non khi hiệu chỉnh xong

II Chậu la bàn

Hình vẽ mô tả hình dáng bên ngoài và bên trong của chậu Chậu labàn gồm có các bộ phận đĩa khắc độ (đĩa la bàn), kimnam châm, quả nổi bằng đồng, bệ trục, trụ đỡ, chậu, mặt thuỷ tinh đáy, bộ phận đàn hồi, vật đối trọng Đĩa khắc độ gắn với kinam châm và phao nổi đặt trên trụ đỡ và ngâm trong dung dịch lỏng, gồm cồn trộn với nước cất, chứa trong chậu la bàn Đĩa la bàn quay tự do quanh trụ đỡ và chịu tác động của từ trường trái đất, ổn định theo hướng Bắc Nam của từ trường trái đất và chỉ ra hướng bắc địa từ

Toàn bộ chậu la bàn được đặt trên một giá đỡ chuyển động tự do để giữ cho la bàn luôn luôn cân bằng khi tàu thuyền lắc bổ Chậu và giá đỡ la bàn cùng được đặt trên chân la bàn Trong đó chứa tất cả những gì cần thiết để hiệu chỉnh, chiếu sáng la bàn

PHẦN III: CÔNG TÁC KHỬ ĐỘ LỆCH LA BÀN

TỪ

NỘI DUNG TRÌNH BÀY TRONG PHẦN NÀY GỒM:

 CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TỪ

 CHƯƠNG II: NGUYÊN LÝ ĐỘ LỆCH LA BÀN TỪ

 CHƯƠNG III: MÁY ĐO TỪ LỰC

 CHƯƠNG IV: NGUYÊN NHÂN, MỤC ĐÍCH VÀ NHỮNG

TRƯỜNG HỢP CẦN KHỬ ĐỘ LỆCH

 CHƯƠNG V: NGUYÊN LÝ VÀ PHƯƠNG PHÁP KHỬ ĐỘ LỆCH

 CHƯƠNG VI:THỨ TỰ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỤ TRỢ

TRONG CÔNG TÁC KHỬ ĐỘ LỆCH

 CHƯƠNG VII: HIỆU ỨNG GIỮA CÁC DỤNG CỤ KHỬ VÀ ĐỘ

LỆCH TỨC THỜI CỦA LA BÀN

 CHƯƠNG VIII: TIẾN HÀNH KHỬ ĐỘ LỆCH

 CHƯƠNG IX: QUY TRÌNH KHỬ ĐỘ LỆCH Ở VIỆT NAM

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TỪ

A KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TỪ

A1 Từ Tính Và Nam Châm

Tính chất của các vật có thể hút được sắt, thép gọi là từ tính Sắt có từ tính được gọi là nam châm Nam châm đựợc chia làm hai loại:

+ Nam châm tự nhiên

+ Nam châm nhân tạo: Dùng phương pháp nhân tạo làm thép và các hợp kim khác thành nam châm

Hình dáng của nam châm nhân tạo gồm ba loại: hình thanh dài, hình móng ngựa, hình kim

Tính chất rất quan trọng của nam châm được sử dụng làm cơ sở để chế tạo la bàn là: nếu một kim nam châm có thể quay tự do, khi đứng yên thì sẽ chỉ theo hướng Bắc Nam

Ta gọi từ cực nam châm chỉ hướng Bắc là cực Bắc, biểu thị bằng chữ

“N”.Từ cực nam châm chỉ hướng Nam là cựcNam, biểu thị bằng chữ “S” Trong thực tế, ta gọi cực Bắc là cực dương hoặc cực đỏ biểu thị bằng dấu

“+” hoặc màu đỏ; cực Nam gọi là cực âm hoặc cực xanh, biểu thị bằng dấu “-“hoặc màu xanh

Nam châm có những đặc tính sau:

+ Hai cực đồng cực thì đẩy nhau, hai cực khác cực thì hút nhau

+ Từ cực không thể cắt đôi được Bất kỳ một thanh nam châm nào khi

cắt ra nhiều đoạn nhỏ, thì mỗi đoạn đó là một thanh nam châm nhỏ, và

chúng đều có cực Bắc và cực Nam

Hình 1-3

A2 Sức Từ – Từ Khối – Môment Từ – Định Luật COULOMB

Lực hút và lực đẩy giữa hai cực từ gọi là sức từ, ta quy định sức đẩy giữa

hai cực đồng tên là dương, lực hút giữa hai cực khác tên là âm

Từ khối là khối luợng từ để biểu thị cường độ từ cực, kí hiệu là m mỗi

nam châm đều có hai từ khối ở hai đầu quy định từ khối của cực bắc là

dương, từ khối của cực nam là cực âm

Sức từ tác dụng của hai cực của một nam châm và từ khối của nó đều có

dấu nghịch nhau, trị số tuyệt đối bằng nhau

Môment từ là tích số của từ khối của nam châm với khoảng cách giữa hai

cực của nó

Công thức:

Trong đó: l là một nửa khoảng cách giữa hai cực của nam châm

Trong hệ thống centimet, gam, giây, đơn vị của môment từ là cgsM

Định luật Coulomb:

Qua những thí nghiệm của mình, Coulomb đã chứng minh được rằng: lực

tác dụng giữa hai cực của nam châm tỉ lệ thuận với tích số của từ khối của

chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa hai từ khối

Coulomb biểu diễn qua công thức

1 2 2

m m F

cực Hình 1-2

M=2ml

Trong không khí  1 cho nên trong những vấn đề thông thường ta có thể dùng công thức trên để tính lực tác dụng của từ cực trong không khí

A3 Từ Trường – Cường Độ Từ Trường Và Đường Sức Từ

Từ trường: Khoảng không gian bị tác dụng của sức từ của nam châm gọi là từ trường

Cường độ từ trường: Sức từ tác dụng lên một đơn vị từ khối dương ở tại một điểm trong từ trường thì gọi là cường độ từ trường H tại điểm ấy Hướùng tác dụng của nó biểu thị hướng của từ trường Nếu trong phạmvi nào đó H có trị số và hướng giống nhau, thì từ trường trong phạm vi đó gọi là từ trường đều Nếu từ trường có từ khối m ở tại một điểm trong từ trường bị tác dụng bởi một lực F, thì cường độ từ trường tại điểm ấy là: F, thì cường độ từ trường tại điểm ấy là:

F H m



Trong hệ thống cgsM, đơn vị của cường độ từ trường gọi là Gauss

Cường độ từ trường H là một đại lượng véctơ Công thức trên cho phép ta tính được cường độ từ trường của từ khối tại một điểm nào đó trong không gian từ của nó

Đường sức từ: Nối liền các hướng của cường độ từ trường của các điểm trong từ trường thàng đường cong hoặc đường thẳng, đường ấy gọi là đường sức từ Tiếp tuyến tại một điểm nào đó trên đường sức từ trùng với phương từ lực Đường sức từ của nam châm đi ra ở cực Bắc và trở về ở cực Nam Số lượng đường súc từ đi qua một đơn vị diện tích gọi là mật độ đường sức từ Mật độ đường sức từ ở hai đầu của nam châm lớn hơn ở giữa nam châm

Hình 1-4

B CƯỜNG ĐỘ TỪ TRƯỜNG CỦA THANH NAM CHÂM THẲNG

B1.Cường Độ Từ Trường Tại Một Điểm Trên Đường Trục Từ

Nếu từ khối của thanh nam châm NS là m, khoảng cách giữa hai cực là 2l, từ khối tại điểm A là +1, khoảng cách từ A đến trung tâm của thanh nam châm là OA= d và d >> l

Lực tác dụng của nam châm đối với điểm A là tổng đại số của lực FN của

cực N đối với điểm A và lực FS đối với điểm A Theo định luật Coulomb

d



Hr có hướng đi xa thanh nam châm

Nhận xét: từ công thức ta có cường độ nam châm tại một điểm trên trục

từ và đủ cách xa đối với điểm giữa của thanh nam châm thẳng thì nó tỉ lệ

thuận với hai lần mômen từ nam châm và tỉ lệ nghịch với lập phương

khoảng cách từ nó đến nam châm

B2 Cường Độ Từ Trường Tại Một Điểm

Ở Trên Đường Trung Trực Của Thanh

Nam Châm

Nếu từ khối m’ của điểm B là +1, khoảng

cách từ điểm B đến trung tâm của thanh nam

châm là OB = d và d >> l

Hướng của lực FN và FS của hai cực của

thanh nam châm đối với điểm B khác nhau

nhưng trị số bằng nhau, tức:

Cường độ từ trường của thanh nam châm đối với điểm B là Ht bằng hợp

lực của hai lực trên:



Hướng của Ht song song với trục từ

So sánh hai công thức ta thấy: Nếu A và B ở trên khoảng cách bằng nhau

đối với nam châm, cuờng độ từ trường tại một điểm trên trục từ bằng hai

lần cường độ từ trường tại một điểm trên đường trung trực của thanh nam

châm Điều này cho thấy quan hệ tỉ lệ thuận giữa cường độ từ trường và

mật độ đường sức từ

B3 Cường Độ Từ Trường Tại Một

Điểm Bất Kỳ Trong Từ Trường

Trong Hình (1-7) cường độ từ trường tại

một điểm bất kỳ C trong từ trường, có

thể xem là hợp lực của cường độ từ

trường do hai thanh nam châm N’S’ và

N”S” vuông góc với nhau sinh ra và

điểm C ở trên đường từ N’S’ lại cũng ở

trên đường trung trực của thanh nam

châm N”S” M, Mr và Mt là moment từ

của các thanh nam châm NS, N’S’,

sin

t

M H

2 cos cos 2

t r

C ĐẶC TÍNH TỪ HOÁ CỦA SẮT TỪ

C1 Từ Hoá Và Cảm Ứng Từ

Định nghĩa từ hoá: Từ hoá là quá trình thay đổi các tính chất từ (cấu trúc từ, moment từ, ) của vât chất dưới tác dụng của từ trường ngoài

Các vật chất theo độ dẫn từ (hay hệ số dẫn từ)  của chúng được chia ra làm 3 nhóm:

+ Vật không từ hoá:  = 0

+ Vật từ hoá ít, ở chúng µ lớn hơn đơn vị từ một ít, lớn hơn hoặc bằng 1

+ Vật sắt từ, ở chúng µ rất lớn (= 103 – 106)

Ví dụ như sắt, côban.vàcác hợp kim của chúng Bất kỳ vật từ hoá nào cũng có moment từ hoá M

Moment từ thích hợp cho một đơn vị thể tích của vật được từ hoá gọi là cường độ từ hoá B (còn gọi là từ độ)

M B V



M: moment từ hoá V: thể tích của vật được

từ hoá Nếu đem một thanh sắt không có từ tính đặt trong một từ trường của một nam châm, một thời gian sau thanh sắt lại có từ tính Do có hiện tương từ hoá, làm một vât không có từ tính thành một vật có từ tính Sau khi đã từ hoá thì cực của thanh sắt nghịch tên với từ cực của thanh nam châm.Tỉ số giữa B và H là hệ số dẫn từ, thường được biểu thị bằng:

B H

Trị số của hệ số dẫn từ chủ yếu là do vật bị từ hoá quyết định, nhưng nó cũng có quan hệ tới trị số H và  không phải là một hằng số mà là một hàm số theo

H

C2 Đặc Tính Từ Hoá Của Sắt – Sắt Non, Sắt Gìa

Đặt một miếng sắt chưa bị từ hoá vào một từ trường Trong quá trình từ hóa, sự quan hệ giữa cường độ cảm ứng sắt từ và lực từ hoá sắt từ của miếng sắt được minh hoạ như đồ thị bên Hình 1-8

Trong hình vẽ, trục hoành H biểu thị cho cường độ từ trường từ hoá, trục tung B biểu thị cường độ cảm ứng từ của sắt OA là đường từ hoá ban đầu, OA gần như là đoạn thẳng, nghĩa là trong từ trưòng yếu, cường độ từ truờng cảm ứng gần như tỉ lệ thuân với lực từ hoá Khi tăng

H thì B tăng theo, đến A thì không tăng nữa A

là điểm bão hoà từ hoá Sau đó nếu tiếp tuc tăng

H thì đường từ hoá sẽ tăng gần như theo hướng

bằng

Chú ý: Trong từ trường yếu, sắt bị từ hoá,

cường độ cảm ứng từ của nó tỷ lệ thuận với lực

từ hoá, quan hệ đó là một vấn đề chủ yếu để

giải quyết độ lệch của la bàn từ

Sau khi cường độ cảm ứng từ tới điểm A, nếu

giảm dần cường độ từ trường, thì B sẽ giảm theo

đường AC Khi H giảm đến O, B còn lưu lại một

đoạn OC, trị số của nó gọi là từ dư Do đặc tính của sắt có thể giữ được từ tính cảm ứng Sau đó nếu thay đổi hướng của H và tiến hành từ hoá nghịch, khi H đến D từ tính của sắt hoàn toàn bị mất đi Trị số của H trên đoạn OD gọi là lực giữ từ

Nếu tăng cường độ từ trường theo chiều âm, thì sinh ra cường độ từ trường nghịch và đến điểm bão hoà E Nếu tăng cường độ từ trưòng theo chiều dương thì ta có đường cong kín đối xứng ACDEFGA, đường nay gọi là đường từ trễ hay còn gọi là chu trình từ trễ Đường từ trễ có thể biểu thị các đặc tính trong quá trình từ hoá của sắt

C3 Sắt Non Và Sắt Gìa

Theo đặc tính từ hoá, ta có thể chia nam châm thành hai loại: vật từ tính non và vật từ tính già

 Vật từ tính non (còn gọi là sắt từ mềm): có lực giữ từ nhỏ, rất dễ bị từ hoá, nhưng khi đưa ra môi trường bên ngoài từ trưòng thì mất đi rất nhanh Ví dụ như: sắt non, thép Si, hợp kim của sắt, Ni…) Các chất này được dùng để chế tạo nam châm điện

 Vật từ tính già (còn gọi là sắt từ cứng): có đặc tính từ hoá là có lực giữ từ lớn, khó làm cho nó bị từ hoá, nhưng sau khi đã từ hoá thì có thể giữ được từ rất lâu, trên đường từ trễ, phần tăng và phần giảm

cách xa nhau Ví dụ ï như: thép Cacbua, một số loại than đặc biệt, các chất này được dùnh để chế tạo nam châm vĩnh cửu

Trong phần tìm hiểu về độ lệch bản thân la bàn từ thường gọi hai loại trên là sắt non và sắt già Sắt già dùng để chế tạo nam châm vĩnh cửu Trong vật liệu đóng tàu có cả sắt non và sắt già Trong khi hiệu chỉnh độ lệch la bàn từ phải dùng sắt non, sắt già

C4 Những Vấn Đề Thực Tế Về Từ Hoá

Qua phân tích ở trên ta thấy rằng: sắt thép đều bị từ hoá mà biến thành nam châm và nam châm cũng có thể bị từ hoá nghịch mà mất từ tính hoặc có từ cực ngược với lúc ban đầu

Có rất nhiều phương pháp từ hoá Trong công tác hiệu chỉnh la bàn thường dùng phương pháp tiếp xúc Trong khi giải quyết vấn đề thực tế về độ lệch la bàn từ cần chú ý:

 Chấn động có thể làm cho sắt từ hoá hoặc thay đổi từ tính của nam châm Ví dụ như trong khi đóng tàu thì sắt trên tàu cũng có thể trở thành nam châm vĩnh cửu, và nam châm bị đập gõ mà mất đi từ tính

 Đốt nóng cũng có thể làm mất từ tính Ta có thể dùng phương pháp đốt nóng để khử từ của sắt non dùng hiệu chỉnh la bàn từ

D ĐỊA TỪ TRƯỜNG CỦA TRÁI ĐẤT

D1 Từ Trường Của Trái Đất

Căn cứ vào hiện tượng kim nam châm chỉ hướng Bắc Nam trên trái đất, ta có thể biết được trái đất có từ tính.Ngưòi ta xem trái đất như là một nam châm khổng lồ được bao bọc bởi các đường sức từ nối liền giữa hai cực từ Trái đất cũng như những nam châm khác, đều có hai cực từ Bắc và Nam Hai cực từ của trái đất không nằm trùng với hai cực địa lý của trái đất Vị trí địa lý của hai cực từ Bắc Nam của trái đất luôn luôn di động, theo những số liệu đo được năm

1950 thì vị trí của nó như sau:

so với mặt phẳng chân trời

Tính chất của từ trường quả đất cũng giống như trong quả đất có một thanh nam châm khổng lồ, cực bắc của nam châm ấy ở cực nam địa từ và cực nam của nam châm ấy ở cực bắc địa từ Do đó phía bắc của quả đất có từ tính xanh, phía nam của quả đất có từ tính đỏ Đường phân giới của hai từ tính xanh và đỏ của địa từ ở trên mặt quả đất gọi là xích đạo từ

Đường sức từ của địa từ xuất phát từ cực nam (đỏ) của địa từ trở về cực bắc của địa từ Tại hai cực, đường sức từ theo hướng thẳng đứng, ở xích đạo từ thì

Hình 1-9

Vị trí địa lý của cực từ không cố định, cho nên cường độ từ trường ở các nơi trên trái đất cũng luôn thay đổi theo vị trí địa lý và thời gian Trị số biến đổi từ xích đạo từ đến hai cực từ chừng 0.4 – 0.8 gauss Tuy địa từ trường là từ trường không đều, nhưng do phạm vi quá rộng, nên khi khử độ lệch của la bàn từ ta có thể xem trong phạm vi quanh tàu, địa từ trường là từ trường đều và rất yếu

D2 Công Thức Về Và Ý Nghĩa Công Thức Về Sức Địa Từ

Trong hình bên ta dùng: T để biểu thị

cường độ địa từ trường tại một điểm A bất

kỳ trên trái đất Ta phân lực T làm 2

thành phần:

+Phân lực nằm ngang H song song với

mặt phẳng chân trời thật

+Phân lực thẳng đứng Z

Góc kẹp giữa T và H gọi là độ từ

nghiêng Quan hệ hàm số giữa chúng như

sau:

.cos.sin

Z tg H

Trị số độ từ nghiêng ở xích đạo từ bằng 00, ở cực địa từ là 900 theo quy định trên đối với giá trị của Z trong công thức, ta thấy ở bắc bán cầu địa từ θ có trị số dương, ở nam bán cầu địa từ θ có trị số âm,do đó có thể dùng trị số θ để xác định vị trí ở nam bán cầu hoặc ở bắc bán cầu Căn cứ theo trị số θ để xác định vĩ độ từ (φM) Đường nối các điểm có θ = 00 là xích đạo từ

Trong công thức H và Z thay đổi theo vĩ độ từ, trên xích đạo từ θ = 00, Z = 0, H

= T, khi ấy kim nam châm của la bàn từ bị tác dụng của lực chỉ hướng lớn nhất;

ở cực địa từ θ = 900, H = 0, Z = T, khi ấy kim nam châm của la bàn không chỉ được phương hướng Do vậy tính năng của la bàn từ ở vĩ độ từ thấp thì tốt, vĩ độ từ càng cao thì tính năng chỉ hướng càng kém, ở gần hai cực thì không thể dùng được

D3 Độ Lệch Địa Từ (Variation)

Độ lệch địa từ là góc hợp giữa kinh

tuyến từ và kinh tuyến thật ở tại nơi

xác định vị trí Trong hình, AN là

một phần của kinh tuyến địa lý, góc

kẹp giữa hướng bắc thật (Nt) và

hướng bắc từ (Nm) gọi là độ lệch địa

từ (d) khi hướng bắc từ lệch về phía

đông của hướng bắc thật gọi là độ

lệch từ đông, khi hướng bắc từ lệch

về phía tây của hướng bắc thật gọi

là độ lệch địa từ tây

Độ lệch địa từ mang tính địa phương và trị số độ lệch địa từ ở các nơi trên trái đất luôn luôn biến đổi Sự biến đổi đó có hai loại: biến đổi theo chu kỳ và biến đổi không theo chu kỳ Biến đổi theo chu kỳ có ba loại: chu kỳ ngày, năm, và thế kỷ; trong đó trị số biến đổi của chu kỳ ngày và năm rất nhỏ,trong hàng hải có thể bỏ được, nhưng trị số biến đổi của chu kỳ thế kỷ tương đối lớn, không thể bỏ được Trị số biến đổi theo thế kỷ của độ lệch địa từ ở các nơi đều chia thành độ lệch theo năm và ghi chú ở vòng khắc độ la bàn trên hải đồ, để hiệu chỉnh Nguyên nhân làm cho độ lệch địa từ biến đổi không theo chu kỳ có rất nhiều như bão từ và khu vực nhiễu loạn từ Bão từ là hiện tượng đột nhiên phát sinh từ, nó có thể làm cho trạng thái của địa từ thay đổi rất mạnh Khu vực nhiễu loạn từ là do quặng sắt nam châm tàu bị chìm… làm cho từ trường trong khu vực ấy biến đổi

D4 Các Yếu Tố Địa Từ

Độ lệch địa từ, độ nghiêng địa từ, phân lực bằng và phân lực thẳng đứng đều là yếu tố địa từ Trên bản đồ, nối các điểm có cùng trị số, cùng một yếu tố thành những đường đẳng trị

+ Hình đường đẳng trị độ lệch địa từ gọi là hình đường đẳng tự nhiên + Hình đường đẳng trị độ từ nghiêng gọi là đường đẳng từ nghiêng

+ Hình đường đẳng trị của phân lực bằng và phân lực thẳng đứng gọi là hình đường đẳng từ lực bằng và hình đường đẳng từ lực thẳng đứng

Magnetic dip for the world

Magnetic variation for the

world

D5 Cảm Ứng Địa Từ Và Độ

Lệch La Bàn

Quả đất xem như một nam

châm khổng lồ, nên sắt trên

quả đất đều bị từ hoá, tàu làm bằng sắt cũng bị từ hoá, mà có từ tính Lực địa từ có thể phân thành hai phân lực: phân lực bằng H và phân lực thẳng đứng Z, tác dụng từ hoá của nó đối với tàu bằng sắt cũng có thể xem như tác dụng từ hoá của hai phân lực H và Z đối với tàu Do đó khi chạy tàu ở trên vĩ độ từ và hướng đi khác nhau thì trạng thái từ tính của tàu cũng khác nhau Hình (1-11).Trong tàu cũng có loại sắt non và loại sắt già Sau khi bị địa từ trường từ hoá, sắt già có từ tính vĩnh cửu, sắt non tùy theo hướng mũi tàu và vĩ độ từ khác nhau mà có từ tính khác nhau Vì thế nên từ trường của tàu là từ trường tổng hợp của hai lực từ trường sắt non và sắt già

Kim nam châm của la bàn nếu chỉ bị tác dụng của phân lực H của địa từ, thì nó có thể chỉ đúng hướng bắc địa từ Nhưng vì ảnh hưởng của từ trường tàu, nên nó có thể lệch một góc nhất định Góc lệch giữa hướng bắc la bàn và hướng bắc địa từ gọi là độ lệch la bàn ( ).Cho nên độ lệch la bàn từ là do từ trường của tàu sau khi bị từ hoá mà gây nên

CHƯƠNG II: NGUYÊN LÝ ĐỘ LỆCH LA BÀN TỪ

A PHƯƠNG TRÌNH POISSON

A1 Giới thiệu – Hệ Toạ Độ Trục Tàu – Nguyên Lý Poisson

Giới thiệu: Bắt đầu từ cuối thế kỷ thứ XVIII, người ta đã dùng nhiều sắt để

đóng tàu, do đó mà ảnh hưởng đến hướng chỉ của la bàn Năm 1829 nhà khoa

học người Pháp Poisson đã nghiên cứu vấn đề ấy và tìm ra phương trình về

tác dụng của địa từ và từ trường của tàu đối với la bàn, nó làm cơ sở lý luận

cho độ lệch la bàn Phương trình ấy được gọi là phương trình Poisson

Hệ trục toạ độ tàu: Hệ toạ độ không gian của phương trình gọi là hệ toạ độ

trục tàu, nó lấy trung điểm của la bàn

làm điểm gốc, đường mũi tàu làm trục

x, đường ngang tàu làm trục y, đường

thẳng đứng làm trục z Đầu của trục toạ

độ làhướng về mũi tàu, lái tàu, bên trái

tàu, hướng chỉ lên là âm Nguyên lý Poisson: Vì độ lệch của la

bàn là do cường độ ngoại từ trường tại

vị trí kimnam châm quyết định, và

không có quan hệ đến môment từ của

kim nam châm, và ngoại từ trường trong

phạm vi của kim nam châm la bàn có

thể xem như là từ trường đều Lực tác

dụng của nó đối với hai cực của nam châm bằng nhau nhưng nghịch chiều,

cho nên khi phân tích lực tác dụng của ngoại từ trường đối với kim nam châm,

ta dùng đơn vị từ cực dương (n) để thế kim nam châm Các lực tác dụng đối

với la bàn trong phương trình Poisson đều lấy đơn vị từ cực dương (n) đặt ở

đểm gốc của hệ trục toạ độ trục tàu mà suy ra

Để thành lập được phương trình độ lệch, người ta căn cứ vào nguyên lý

Poisson Nguyên lý như sau: coi tàu như một vật thể có cường độ từ hoá bằng

một trị số trung bình nào đó mà trong đó các phần đều là hằng số

Nguyên lý 1: cường độ từ hoá µ của sắt non trong bất cứ một từ trường trung

bình nào cũng tỷ lệ thuận với lực F và có quan hệ với góc kẹp giữ hướng

véctơ từ lực và đường trục của sắt non và cũng quan hệ với từ hoá suất 

.cos

F

  

Hình 2-1

Nguyên lý 2: sắt non chịu tác dụng của các lực từ hóa nào đó thì lực từ hoá tổng hợp của nó bằng tổng đại số của tất cảcác lực từ hóa thành phần

A2 Tác Dụng Của Địa Từ Đối Với La Bàn Từ

Lực địa từ có tác dụng trực tiếp và tác dụng gián tiếp đối với la bàn: tác dụng làm cho kim nam châm luôn luôn chỉ hướng bắc địa từ là tác dụng trực tiếp, và tàu sau khi bị từ hoá, tác dụng của từ trường tàu đối với la bàn là tác dụng gián tiếp Để tính lực địa từ trên 3 trục tàu, ta cần phải phân tích theo hệ toạ độ trục tàu

Trong hình 2-2 cường độ địa từ trường T đi qua điểm n trung tâm của la bàn được phân thành lực thẳng đứng Z và phân lực bằng H, và H được phân thành phân lực X theo chiều trục dọc và phân lực Y theo trục ngang

Vì hướng mũi tàu có thể biểu thị bằng hướng đi địa từ HD, góc kẹp giữa hướng bắc địa từ và mũi tàu tính từ 00 đến 3600 theo chiều kim đồng hồ, nên phân lực X và Y có thể viết thành hàm số sin và cos của hướng đi địa từ Để dấu của X và Y trên các hướng đi khác nhau biến đổi phù hợp với yêu cầu về dấu của trục toạ độ, nên ta phải thêm dấu + trước hàm số cos, dấu – trước hàm số sin

Do đó lực địa từ có thể phân thành các phân lực:

.cos.sin.sin

Từ công thức trên ta thấy: phân

lực X và Y không những biến đổi

theo vĩ độ địa từ mà còn biến đổi

theo hướng đi của tàu, phân lực Z

chỉ biến đổi theo vĩ độ địa từ

Địa từ trường là một từ trường yếu, lực tác dụng của sắt thép bị từ hoá đối với

la bàn tỉ lệ thuận với lực địa từ từ hoá sắt thép

Trạng thái và vị trí phân bổ của sắt thép rất phức tạp và không có quy luật, để đơn giản hoá vấn đề từ hoá của sắt thép, ta tưởng tượng rằng tất cả sắt thép là

do vô số những thanh thép dài nằm theo chiều dọc, ngang và thẳng đứng hợp thành Như thế phân lực địa từ chỉ có thể từ hoá sắt thép cùng chiều với nó, nghĩa là phân lực X chỉ có thể từ hoá sắt thép chiều dọc, phân lực Y chỉ có thể từ hoá sắt thép chiều ngang, phân lực Z chỉ có thể từ hoá sắt thép chiều thẳng đứng Như hình vẽ 2-4 sắt thép chiều dọc khi bị từ hoá thì chỉ cần xét tác dụng từ hoá của phân lực X đối với nó, còn tác dụng của phân lực Y vuông góc với nó thì không cần xét tới

Ta phân sắt thép trên tàu thành ba loại: chiều dọc, chiều ngang và chiều thẳng đứng

2 Tác dụng của sắt non chiều dọc đối với la bàn

Tất cả sắt non chiều dọc đều bị phân lực X từ hoá Sau khi bị từ hoá, tác dụng của nó đối với la bàn tỉ lệ thuận với phân lực X Gọi lX là lực tác dụng của sắt non chiều dọc đã bị từ hoá đối với la bàn, l là hệ số sắt non chiều dọc, do tính từ hoá của sắt non chiều dọc, số lượng sắt non chiều dọc và vị trí tương đối của nó đối với la bàn quyết định Đối với một con tàu nếu những điều kiện ấy không đổi thì l có một trị số cố định Nếu phân lực lX thành phân lực

aX, dX và gX theo ba hướng của trục tàu

MK

H

MK

-Y -X H

N M

+X -Y H

MK

MK

(Hình 2-5) trong đó:

aX – lực dọc sinh ra bởi sắt non chiều dọc

dX – lực ngang sinh ra bởi sắt non chiều dọc

gX – lực thẳng đứng sinh ra bởi sắt non chiều dọc

a,d,g – những hệ số do l quyết định, gọi là hệ số sắt non sinh ra bởi sắt non chiều dọc

3 Tác dụng của sắt non chiều ngang đối với la bàn

Cũng theo nguyên lý trên, những sắt non chiều ngang sau khi bị phân lực Y

từ hoá, tác dụng của nó đối với la bàn cũng tỷ lệ thuận với lực Y, giả sử bằng

mY, m là hệ số sắt non chiều ngang, nó cũng có định nghĩa tương tự như hệ

số sắt non chiều dọc Nếu phân lực mY thành các phân lực bY, eY và hY

theo 3 trục của hệ toạ độ trục tàu Hình (2-6):

bY – lực dọc sinh ra bởi sắt non chiều ngang

eY – lực ngang sinh ra bởi sắt non chiều ngang

hY – lực thẳng đứng sinh ra bởi sắt non chiều ngang

4 Tác dụng của sắt non chiều thẳng đứng đối với la bàn

Sắt non chiều thẳng đứng sau khi bị phân lực Z từ hoá cũng có tác dụng đối với la bàn Giả sử lực ấy là nZ Nếu phân lực nZ thành các phân lực cZ, fZ và

Kz theo 3 hướng của trục tàu Hình (2-7):

cZ – lực dọc sinh ra bởi sắt non chiều thẳng đứng

fZ – lực ngang sinh ra bởi sắt non chiều thẳng đứng

kZ – lực thẳng đứng sinh ra bởi sắt non chiều thẳng đứng

c, f, k – hệ số sắt non sinh ra bởi sắt non chiều thẳng đứng

A4 Tác Dụng Của Sắt Già Đối Với La Bàn

Tàu trong thời gian đóng ở xưởng, hoặc

đậu tại một nơi torng thời gian dài, hoặc

gõ sắt, gia công theo một hướng nhất

định, thì làm cho sắt già trên tàu có từ

tính Từ tính ấy không phải là không

biến đổi, nhưng nó có thể giữ trong một

thời gian dài, nên ta có thể xem nó như

một nam châm vĩnh cửu Sau khi sắt già

trên tàu bị từ hoá, toàn bộ vỏ tàu giống

như một nam châm vĩnh cửu rất lớn

Lực tác dụng của từ trường vĩnh cửu do

sắt già tạo ra rất lớn đối với la bàn Khi

la bàn ở vị trí cố định thường thì

nókhông biến đổi về trị số và hướng tác

dụng Hình (2-8) Fp biểu thị lực tác dụng của sắt già đối với la bàn

Phân lực Fp thành 3 phân lực P, Q và R trên trục X , Y và Z của trục tàu:

P – lực dọc sinh ra bởi sắt già

Q – lực ngang sinh ra bởi sắt già

R – lực thẳng đứng sinh ra bởi sắt già

Vì sắt già trên tàu nhiều nên lực tác dụng của P, Q, R đối với la bàn lớn hơn lực tác dụng của sắt non

A5 Phương Trình Poisson

Theo kết quả phân tích trên, quy nạp tất cả các lực tác dụng đối với la bàn từ

Gọi X’; Y’; Z làhợp lực tác dụng đối với

la bàn trên 3 trục tàu Ta có:

Hình (2–9) biểu diễn tình hình các lực

trong phương trình Poisson tác dụng đối

với la bàn Khi tàu ở trạng thái cân bằng,

lực Z’ không sinh ra độ lệch la bàn,

nhưng hợp lực H’ của 2 lực X’; Y’có tác

dụng làm cho la bàn chỉ hướng bắc, nó

lệch phân lực bằng của địa từ H một góc , đó là độ lệch la bàn

B HỆ SỐ SẮT NON

B1 Dùng Sắt Non Để Biểu Thị Hệ Số Sắt Non

Trong phương trình Poisson ta đã có mấy hệ số sắt non để biểu thị tác dụng của sắt non đối với la bàn Để dễ hiểu ý nghĩa của các hệ số ấy, ta dùng những đòn sắt non ở những vị trí khác nhau xung quanh la bàn , trực tiếp biểu thị hệ số sắt non khác, để cụ thể hoá các hệ số sắt non, và dùng được dễ dàng trong thực tế

Vị trí quan hệ giữa đòn sắt non và la bàn có 3 trường hợp:

1) La bàn ở trên hướng của các trục đòn sắt non

2) La bàn ở trên hướng thẳng góc với một đầu của đòn sắt non

3) La bàn ở trên đường trung trực của đòn sắt non

Để vấn đề tác dụng của sắt non đối với la bàn được đơn giản ta tưởng tượng rằng đòn sắt non rất dài, trong trường hợp (1) và (2) ta chỉ xét tác dụng của đầu gần la bàn mà không xét tác dụng của đầu xa la bàn Trong trường hợp (3) thì từ cực ở hai đầu đều có tác dụng đối với la bàn

Bây giờ ta dùng đòn sắt non để biểu thị các hệ số sắt non a, b, c

1 Đòn sắt non biểu thị hệ số a

Trường hợp 1: như hình 2-11 hai đầu của đòn sắt non

chiều dọc cách đều la bàn Sau khi đòn sắt non ấy bị phân

lực +X từ hoá, đầu về mũi tàu là cực N, đầu về lái tàu là

cực S Vì hai đầu của nó cách đều la bàn, nên hai cực của

nó đều có tác dụng đối với la bàn Cực N của đòn sắt non

và cực n của kim nam châm la bàn đẩy nhau và cực S của

đòn sắt non và cực n hút nhau (theo tính chất của nam

châm: hai cực đồng cực thì đẩy nhau, hai cực khác cực thì

hút nhau) Kết quả sinh ra một lực theo hướng lái tàu Vì

lực dọc do sắt non chiều dọc sinh ra, nên đó là lực aX < 0,

màlực từ hoá X theo hướng mũi tàu (như hình vẽ là hướng đi NW) tức X > 0

do đó a < 0 Cho nên có thễ dùng đòn sắt non với vị trí tương đối so với la bàn như trên để biểu thị hệ số –a

Trường hợp 2: như hình 2-12 đòn sắt non chiều dọc đặt ở phía trước la bàn Sau khi bị phân lực +X từ hoá, đòn sắt non ấy sinh ra lực tác dụng theo hướng mũi tàu, đó cũng là lực aX Vì aX > 0 mà X > 0 nên a > 0 Cho nên có thễ dùng đòn sắt non với vị trí tương đối so với la bàn như trên để biểu thị hệ số +a

Trên đây ta đã phân tích hai loại đòn sắt non theo hướng đi NW và đã chứng minh trên hướng đi ấy có thể dùng chúng để biểu thị hệ số sắt non a > 0 và a

< 0 Trên thực tế bất cứ hướng đi nào đều có thể dùng đòn sắt non để biểu thị hệ số sắt non bất kỳ, nó không có quan hệ tới hướng đi của tàu

Trong hình 2-15 dùng đòn sắt non chiều dọc để biểu thị hệ số a khi hướng đi của tàu biến đổi 3600, tuy dấu của X có thay đổi theo hướng đi nhưng đòn sắt non luôn luôn biểu thị hệ số a âm

2 Đòn sắt non biểu thị hệ số b

Trường hợp 1: như hình 2-13 đòn sắt non chiều ngang ở trên cùng một mặt phẳng với la bàn, và ở phía trước bên trái của la bàn (hoặc ở phía sau bên phải) có một đầu ở trên trục x sau khi bị phân lực +Y từ hoá, đầu bên phải biến thành cực N, đầu bên trái biến thành cực S, kết quả sinh ra lực tác dụng theo hướng lái tàu Vì lực dọc do sắt non chiều ngang sinh ra nên nó là lực

bY, bY < 0 mà Y > 0 nên b < 0 Cho nên có thễ dùng đòn sắt non với vị trí tương đối so với la bàn như trên để biểu thị hệ số b âm

Trường hợp 2: như hình 2-14, đem vị trí của đòn sắt non trong trường hợp 1 đổi trái sang phải theo chiều ngang, sau khi chúng bị phân lực Y từ hoá, sinh

ra lực tác dụng theo chiều dọc hướng về phía mũi tàu, vì bY > 0 mà Y > 0 nên b > 0 Cho nên có thễ dùng đòn sắt non với vị trí tương đối so với la bàn như trên để biểu thị hệ số b dương

3 Đòn sắt non biểu thị hệ số c

Như hình bên phải trong hình 2-16a, đòn sắt non thẳng đứng ở phía trước bên dưới la bàn (hoặc phía sau bên trên) một đầu trên trục x Sau khi bị phân lực

Z từ hoá, nó sinh ra lực tác dụng chiều dọc cZ đối với la bàn, cZ > 0 mà Z > 0 (vì đang giả sử ở bắc địa từ) nên c > 0 Loại sắt non này biểu thị hệ số c dương

Cũng như thế đòn sắt non trong hình bên trái có thể biểu thị hệ số c âm

Trong hình 2-16b cũng những đòn sắt non như thế khi ở vĩ độ nam địa từ, chúng có thể biểu thị hệ số sắt non c dương và c âm

4 Đòn sắt non biểu thị nhiều hệ số

Cũng dùng những phương pháp phân tích những hệ số sắt non a, b và c như trên ta có được hình 2-17 biểu thị các loại đòn sắt ở vị trí khác nhau có hệ số khác nhau

Theo hình vẽ ta thấy: quan hệ giữa sắt non và vị trí la bàn có theo quy luật

Đòn sắt non chiều dọc

Đòn sắt non chiều ngang

Đòn sắt non chiều thẳng đứng Hệ số sắt

Đòn sắt non có 3 chiều: chiều dọc, chiều ngang và chiều thẳng đứng Vị trí tương đối giữa một đòn sắt non và la bàn có thể phân làm 3 loại: la bàn ở trên đường kéo dài của trục đòn sắt non hoặc ở trên đường trung trực của đòn sắt

Hình 2-16 a

cz > 0

vì z < 0 nên c < 0

cz < 0

vì z < 0 nên c > 0

Hình 2-16 b

non, nếu cùng trên một mặt phẳng bằng thì la bàn ở trên đường thẳng góc tại một đầu của đòn sắt non, và nếu cùng ở trên một mặt phẳng thẳng đứng thì la bàn ở trên đường thẳng góc tại một đầu của sắt non

Tóm lại có tất cả 9 loại, biểu thị 9 hệ số sắt non

5 Dấu của đòn sắt non

Dấu của đòn sắt non do vị trí tương đối giữa đòn sắt non và la bàn quyết định, để dễ nhớ ta phân loại như sau:

Nếu vị trí giữa đòn sắt non và la bàn là: la bàn ở trên đường kéo dài của trục đòn sắt non, thì đều là đòn dương, la bàn ở trên đường trung trực của đòn sắt non thì đều là đòn âm Loại đòn này có hệ số a, e và k

Dấu của đòn sắt khác, nếu ở bên phải, phía trước bên dưới la bàn là dương, ở bên trái, phía sau, bên trên là âm, sau đó dùng phép nhân để xác định dấu Ví dụ đòn sắt non biểu thị hệ số d, nếu ở bên phải phía trước la bàn; vì ở bên phải (+), phía trước (+) tích số của chúng là (+) x (+) là (+) nên nó là đòn d+; nếu ở bên trái phía trước la bàn, vì (-)x (+) là (-) nên nó là d-

B2 Phân Tích Trị Số Của Hệ Số Sắt Non

Hệ số sắt non là số không những có quan hệ với tính từ hoá của sắt non mà chủ yếu là biểu thị hệ số sắt non trên tàu và quan hệ về vị trí và khoảng cách giữa sắt non và la bàn Nếu vị trí la bàn không đổi, cấu tạo và thiết bị trên tàu không đổi thì dấu và trị số của hệ số sắt non cũng không đổi

Sau đây ta dùng khái niệm về đòn sắt non và la bàn đặt trên mặt phẳng dọc để phân tích trị số hệ số sắt non của tàu:

1) Hệ số sắt non a và e : ki tàu, đà tàu, tấm tôn dọc trên tàu đều thuộc

loại sắt non - a và đà ngang, tấm tôn ngang, van sài đều thuộc loại đòn –

e Vì những bộ phận ấy dùng sắt rất nhiều nên trị số tuyệt đối của hệ số

-a v-à – e r-ất lớn Đồng thời ph-ần lớn s-ắt trên t-àu sinh r-a –e, kho-ảng c-ách giữa hai đầu của chúng với la bàn gần hơn khoảng cách giữa hai đầu của sắt sinh ra – a với la bàn, cho nên trị số tuyệt đối của hệ số e  a

2) Hệ số sắt non k: Trên tàu sắt theo chiều thẳng đứng ở bên dưới của la

bàn thuộc loại đòn +k rất nhiều và gần la bàn, cột buồm và sắt thuộc loại đòn –k cách xa la bàn, ảnh hưởng tới la bàn là rất ít Cho nên trong thực tế hệ số sắt non k lớn và k > 0

3) Hệ số sắt non b, d, f, h: vì cấu tạo và thiết bị ở hai bên trái và phải của

tàu đối xứng nhau nên đối với la bàn từ đặt trên mặt phẳng dọc, hệ số sắt non b, d, f và h có giá trị dương và âm triệt tiêu nhau Do đó ta thấy rằng: trừ những la bàn đặt ngoài mặt phảng dọc, thường hệ số sắt non b, d, f và

h đều rất nhỏ, dấu âm dương tuỳ theo tình hình cụ thể mà quyết định

4) Hệ số sắt non c và g: như hình 2-18 trên tàu, la bàn thường đặt gần ống

khói, nên hệ số c rất lớn, và có trị số âm Sắt trên tàu thuộc loại đòn g

cũng khá nhiều như sắt ở phía sau buồng lái, boong tàu….do đó hệ số g thường cũng lớn và có trị số âm

Qua phân tích trên đây ta có thể tổng kết tình hình hệ số sắt non trên tàu thông thường:

a) Hệ số sắt non a và e đều rất lớn và đều là

số âm, trong đó e  a

b) Hệ số sắt non k cũng khá lớn, thường là

số dương

c) Hệ số sắt non b, d, f, h đều rất nhỏ, có

thể là số âm hay số dương

d) Hệ số sắt non c và g cũng lớn và là số

âm

Những kết luận trên có ý nghĩa thực tế trong khi áp dụng vào phương trình Poisson

C CÁC LỰC TÁC DỤNG ĐỐI VỚI LA BÀN TỪ

Gồm có các lực:H ; '

1 Biến đổi phương trình Poisson

Ta biết rằng khi tàu cân bằng, hợp lực Z’ trong phương trình Poisson không sinh ra độ lệch (khi tàu nghiêng thì có ảnh hưởng đến độ lệch, mà chỉ có hợp lực X’, Y’sinh ra độ lệch

' '

Muốn đem X và Y trong phương trình hợp thành H, thì cần phải làm thế nào cho hệ số của X và Y trong phương trình X’ và Y’ bằng nhau Để

mX mY mH Nhưng các hệ số a, b, d, e trong những phương trình không bằng nhau nên ta cần biến đổi cách diễm đạt phương trình Poisson

Ta dùng phép cộng trừ đại số:

' '

2 Sự hợp thành các lực trong phương trình Poisson biến đổi

Trên cơ sở phương trình Poisson biến đổi, ta theo phương pháp tìm hợp lực,

đem các lực trong đẳng thức X’ và Y’ hợp thành một lực tác dụng không bị

ảnh hưởng của hướng tàu đi và xác định hướng tác dụng của chúng

Hình 2-19 Như hình 2-19 ta có các hợp lực tương ứng:

Ngoài những lực trên còn có các lực cZ và P tác dụng trên trục

dọc và các lực fZ và Q tác dụng trên trục ngang cũng không thay

đổi theo hướng tàu đi Theo chiều của trục tàu, ta cộng chúng lại

với nhau ta được:

f) F B cZP

g) F C  fZQ

a) Hướng của lực H: H là phân lực bằng địa từ, chỉ hướng bắc địa từ, luôn luôn là số dương Góc kèm giữa H và mũi tàu là = 3600 – HĐ và:

Y tg X

 

b) Hướng của lực F1: 1 2

2

a e Y Y tg

dụng theo hướng thẳng góc ở bên phải của H

f)Hướng tác dung của lực FB: FB ở trên trục x chỉ hướng mũi tàu nên nó tác dụng theo hướng HĐ

g) Hướng tác dung của lực FC: FC ở trên trục trục y chỉ về bên phải, nên nó tác dụng theo hướng HĐ + 900

Hướng tác dụng của các lực trên đây, là giả thiết các lực trong phương trình Poisson đều dương, nên chúng là hướng của lực dương Trong thực tế các lực trong phương trình Poisson cũng có thể là số âm Nếu là số âm, thì ngoài lực

H luôn dương ra, hướng của 6 hợp lực khác đều nghịch hướng với lực dương