đO từ trường trái đất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VẬT LÝ
…..o0o….
NGUYỄN THÙY NHƯ
ĐO TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Thành Phố Hồ Chí Minh – 2012

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VẬT LÝ
….o0o….
NGUYỄN THÙY NHƯ
ĐO TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT
Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ
Mã số: 102
NGƯỜI HƯỜNG DẪN KHOA HỌC:
ThS. TRƯƠNG ĐÌNH TÒA
Thành Phố Hồ Chí Minh – 2012

LỜI CẢM ƠN
Sau một khoảng thời gian dài thực hiện thì luận văn cũng đã hoàn thành đúng
thời hạn. Trong suốt quá trình làm luận văn, em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình
của quý thầy cô trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh. Xin cho em gởi
lời cảm ơn chân thành của mình đến:
- ThS. Trương Đình Tòa, người hướng dẫn khoa học, đã dành nhiều thời gian
quý báu của mình để hướng dẫn và đưa ra nhiều gợi ý cho em trong suốt thời
gian thực hiện luận văn này. Thầy đã tận tình giúp đỡ những lúc em bế tắc, mở
ra hướng đi mới cho em trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
- Thầy Nguyễn Hoàng Long đã dành nhiều thời gian hướng dẫn em tìm hiểu các
dụng cụ thí nghiệm, những lúc gặp khó khăn khi thực hiện thí nghiệm thầy đều
tận tình giúp đỡ.
- Cô Nguyễn Thanh Loan, người đã tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để em
có thể hoàn thành tốt việc nghiên cứu của mình.
- Tiến sĩ Andreas Kastner, chuyên gia của Leybolb, ông đã giải đáp các thắc mắc
một cách tận tình giúp em hoàn thành đề tài của mình.
- Các thầy cô của khoa Vật lý - trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh
về những bài giảng nghiêm túc và chất lượng để em có đủ kiến thức nền tảng
hoàn thành tốt luận văn này.
Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn và sự kính trọng sâu sắc nhất đối với sự
động viên, hỗ trợ lớn lao của những người thân yêu trong gia đình, các bạn bè của
khoa Vật lý trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Vì đây là lần đầu tiên thực hiện luận văn nên em còn nhiều thiếu sót, kính
mong quý thầy cô góp ý và chỉ dẫn để em học hỏi được nhiều hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 4 năm 2012

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU......................................................................................................................................... 10
TỔNG QUAN................................................................................................................................. 13
CHƯƠNG I: TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT
1.1. Trường địa từ:...................................................................................................................... 15
1.1.1. Sơ lược về lịch sử phát hiện:........................................................................................ 15
1.1.2. Đặc điểm:..................................................................................................................... 17
1.1.2.1. Các thành phần của trường địa từ: ....................................................................... 17
1.1.2.2. Cực từ và cực địa từ:............................................................................................ 20
1.1.2.3. Xích đạo từ và xích đạo địa từ:............................................................................ 23
1.1.2.4. Các bản đồ phân bố trường địa từ:....................................................................... 23
1.1.3. Nguồn gốc:................................................................................................................... 24
1.1.3.1. Trường địa từ và nguồn gốc bên trong Trái đất: .................................................. 24
1.1.3.2. Dị thường từ và nguồn gốc từ vỏ Trái đất:........................................................... 27
1.1.3.3. Trường địa từ và nguồn gốc bên ngoài Trái đất:.................................................. 28
1.1.4. Sự biến thiên theo thời gian:........................................................................................ 32
1.1.4.1. Biến thiên thế kỷ:................................................................................................. 32
1.1.4.2. Biến thiên ngày đêm: ........................................................................................... 33
1.1.4.3. Từ mạch động:..................................................................................................... 34
1.1.5. Vai trò:......................................................................................................................... 34
1.2. Quan trắc trường địa từ:....................................................................................................... 35
1.2.1. Mô hình trường địa từ:................................................................................................. 35
1.2.2. Các phương pháp quan trắc trường địa từ:................................................................... 36
1.2.2.1. Quan trắc sự phân bố theo không gian:................................................................ 36
1.2.2.2. Quan trắc sự biến thiên theo thời gian: ................................................................ 38
1.2.2.3. Quan trắc khảo cổ từ: ........................................................................................... 39
1.2.2.4. Khảo sát cổ từ: ..................................................................................................... 40
1.2.3. Các thông số của trường địa từ tại thành phố Hồ Chí Minh và một số thành phố lân
cận: ...................................................................................................................................... 41
1.3. Quan trắc địa từ tại Việt Nam: ............................................................................................. 43
1.3.1. Mạng lưới đài trạm quan trắc địa từ ở Việt Nam:........................................................ 44
1.3.2. Từ trường bình thường lãnh thổ Việt Nam: ................................................................. 45

1.3.3. Biến thiên thế kỷ của từ trường Trái đất: ..................................................................... 45
1.3.4. Bão từ:.......................................................................................................................... 46
1.3.5. Nghiên cứu từ trường ứng dụng:.................................................................................. 46
CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU DỤNG CỤ
2.1. Phần mềm CASSY Lab:....................................................................................................... 47
2.1.1. Giới thiệu: .................................................................................................................... 47
2.1.2. Vài điều cần biết về giao diện của phần mềm CASSY:............................................... 48
2.2. Cảm biến CASSY: ............................................................................................................... 51
2.2.1. Công dụng:................................................................................................................... 51
2.2.2. Thông số kỹ thuật:........................................................................................................ 52
2.3. Hộp µV:................................................................................................................................ 53
2.3.1. Công dụng:................................................................................................................... 53
2.3.2. Thông số kỹ thuật:........................................................................................................ 53
2.4. Cặp cuộn dây Helmholtz:..................................................................................................... 53
2.4.1. Công dụng:................................................................................................................... 54
2.4.2. Thông số kỹ thuật:........................................................................................................ 54
2.5. Dây nối:................................................................................................................................ 54
2.5.1. Công dụng:................................................................................................................... 54
2.5.2. Thông số kỹ thuật:........................................................................................................ 55
2.6. Động cơ và bộ điều khiển động cơ: ..................................................................................... 55
2.6.1. Chú ý an toàn: .............................................................................................................. 55
2.6.2. Mô tả, thông số kỹ thuật:.............................................................................................. 55
2.6.2.1. Động cơ thí nghiệm:............................................................................................ 55
2.6.2.2. Bộ điều khiển động cơ: ........................................................................................ 58
2.6.3. Cách hoạt động:............................................................................................................ 59
2.7. Cục biến thế: ........................................................................................................................ 60
2.8. La bàn:.................................................................................................................................. 60
CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM
3.1. Mục đích thí nghiệm: ........................................................................................................... 62
3.2. Nguyên lý:............................................................................................................................ 62
3.3. Dụng cụ thí nghiệm:............................................................................................................. 65

3.4. Các bước tiến hành thí nghiệm: ........................................................................................... 66
3.4.1. Lắp ráp thí nghiệm:...................................................................................................... 66
3.4.2. Cài đặt các thông số cho phép đo:................................................................................ 68
3.4.3. Thực hiện phép đo:....................................................................................................... 70
3.4.4. Những điều cần lưu ý:.................................................................................................. 71
3.5. Xử lý kết quả:....................................................................................................................... 71
3.6. Cách tính sai số:................................................................................................................... 76
3.7. Báo cáo kết quả thí nghiệm:................................................................................................. 79
3.7.1. Một số kết quả khi đo theo 3 trục tọa độ Descartes: .................................................... 79
3.7.2. Kết quả khi đo theo 2 trục:......................................................................................... 101
KẾT LUẬN................................................................................................................................... 155
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................... 156

DANH MỤC CÁC BẢNG
STT Ký hiệu của bảng Trang
1
Bảng 1: Các thông số của trường địa từ tại thành phố Hồ Chí
Minh và một số thành phố lân cận
41-43
2 Bảng 3.1: Kết quả Fit hàm của các lần đo theo hai trục 131-135
3 Bảng 3.2: Kết quả tính sai số tỉ đối của U và T theo hai trục 138-142
4 Bảng 3.3: Kết quả tính thành phần nằm ngang 143-148
5 Bảng 3.4: Kết quả tính từ trường tổng hợp và độ từ khuynh 148-153

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
STT Ký hiệu của các hình vẽ và đồ thị Trang
1 Hình 1.1: Chiếc la bàn hình thìa do người Trung Hoa chế tạo 15
2 Hình 1.2: W. Gilbert (1544-1603)-tác giả cuốn sách “De Magnet” 16
3 Hình 1.3: Trường lưỡng cực của Trái đất 17
4 Hình 1.4: Các thành phần của trường địa từ 18
5 Hình 1.5: Mô hình lưỡng cực từ có trục xuyên tâm 20
6
Hình 1.6: Đường dịch chuyển của cực từ Bắc qua phía Bắc Canada
giai đoạn 1831-2001
22
7
Hình 1.7: Bản đồ phân bố độ từ khuynh của trường địa từ- niên đại
2010
23
8 Hình 1.8: Chuyển động của chất lỏng dẫn điện tạo ra từ trường 25
9
Hình 1.9: Thang đảo cực của trường địa từ trong 5,5 triệu năm gần
đây
26
10
Hình 1.10: Bản đồ dị thường từ toàn cầu thu được từ tài liệu đo
đạc vệ tinh
27
11 Hình 1.11: Dòng điện xích đạo 29
12 Hình 1.12: Tương tác Mặt trời- Trái đất 29
13 Hình 1.13: Hiện tượng cực quang 30
14 Hình 1.14: Từ quyển của Trái đất 32
15
Hình 1.15: Nền biển bị đẩy ra xa dãy núi, trải ra như một phần của
hệ lục địa trôi
35
16 Hình 1.16: Phân bố các đài quan trắc địa từ trên toàn cầu 39
17
Hình 1.17: Vị trí các đài, trạm địa từ trên lãnh thổ Việt Nam (chữ
đỏ)
44
18 Hình 2.1: Đĩa cài đặt phần mềm CASSY Lab 47
19 Hình 2.2: Bảng kiểm tra thiết bị CASSY 48
20 Hình 2.3: Giao diện của phần mềm CASSY Lab 49

21 Hình 2.4: Cảm biến CASSY 52
22 Hình 2.5: Hộp 𝜇𝑉 53
23 Hình 2.6: Cặp cuộn dây Helmholtz 54
24 Hình 2.7: Dây nối 54
25 Hình 2.8: Động cơ thí nghiệm 55
26 Hình 2.9: Bộ điều khiển động cơ 58
27 Hình 2.10: Lắp động cơ vào bàn 59
28 Hình 2.11: Cục biến thế 60
29 Hình 2.12: La bàn 61
30 Hình 3.1a: Đo từ trường Trái đất bằng cuộn dây cảm ứng 66
31 Hình 3.1b: Sơ đồ khối của thí nghiệm 67
32 Hình 3.2: Giao diện khi kích hoạt phần mềm CASSY 68
33 Hình 3.3: Hiển thị các hộp kết nối với CASSY 69
34 Hình 3.4: Giao diện sau khi đã chọn kênh 69
35 Hình 3.5: Hộp thoại cài đặt các thông số của phép đo 70
36 Hình 3.6: Hộp thoại cài đặt cho đầu vào của cảm biến 70
37 Hình 3.7: Chọn hàm điều chỉnh 72
38 Hình 3.8: Nhập giá trị ban đầu cho các tham số điều chỉnh 73
39 Hình 3.9: Kết quả điều chỉnh hàm 74
40 Hình 3.10: Hộp thoại cài đặt thẻ Frequency Spectrum 75
41 Hình 3.11: Xác định tần số bằng chức năng tính tâm đỉnh 75
42 Hình 3.12: Kết quả khi đo theo trục x lần 1 79
43 Hình 3.13: Kết quả khi đo lần 1 lần lượt theo trục y, trục z 80
44 Hình 3.14: Kết quả khi đo 3 trục lần 2 82

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:
Vật lý là một ngành khoa học hết sức quan trọng, nó nghiên cứu các quy luật
vận động trong tự nhiên từ đó ứng dụng để giải thích các hiện tượng hay chế tạo
máy móc phục vụ cho đời sống và kỹ thuật. Việc nghiên cứu các vấn đề vật lý đa số
dựa trên thực nghiệm, các tri thức vật lý là sự khái quát các kết quả nghiên cứu thực
nghiệm và các hiện tượng diễn ra trong đời sống. Vì vậy, việc dạy và học vật lý có
dùng thí nghiệm là hết sức cần thiết. Tuy nhiên, việc dạy và học vật lý ở nước ta
còn mang đậm tính lý thuyết, việc luyện tập kỹ năng thực hành cho sinh viên còn
hạn chế do nhiều nguyên nhân:
- Phương tiện thí nghiệm trang bị còn thiếu thốn, chưa đáp ứng được sự phát
triển của vật lý học hiện đại.
- Việc đầu tư kinh phí ở các trường cho thí nghiệm còn hạn chế.
Đất nước đang ngày càng hội nhập và phát triển, yêu cầu ngày càng cao về
nguồn nhân lực. Chính vì vậy, ngành giáo dục phải đào tạo ra thế hệ trẻ với đầy đủ
tri thức và kỹ năng, muốn vậy thì việc cấp thiết là cần phải đổi mới phương pháp
giảng dạy từng bộ môn. Riêng bộ môn vật lý cần phải điều chỉnh phương pháp
giảng dạy sao cho vấn đề thực nghiệm cần được chú trọng hơn. Vì vậy, người giáo
viên vật lý ngoài nắm vững kiến thức còn cần phải trang bị đầy đủ kỹ năng về thực
hành để từng bước đáp ứng được nhu cầu giáo dục ngày càng đổi mới và hoàn thiện
theo xu hướng “Học đi đôi với hành”.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn của ngành giáo dục, là một sinh viên sư phạm
ngành vật lý, em đã quyết định chọn làm luận văn theo hướng nghiên cứu thực
nghiệm. Phòng thí nghiệm vật lý nâng cao của khoa có nhập về nhiều bộ thí nghiệm
mới với kỹ thuật hiện đại nhưng vẫn chưa triển khai sử dụng nhiều. Do đó, em
quyết định chọn thí nghiệm “Đo từ trường Trái đất” làm đề tài luận văn tốt
nghiệp của mình.

Luận văn ngoài phần mở đầu và phần kết luận còn có các chương:
Chương 1: Cơ sở lý thuyết.
Chương 2: Giới thiệu dụng cụ.
Chương 3: Kết quả thí nghiệm.
Luận văn được thực hiện từ khoảng tháng 11/2011 đến tháng 4/2012.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài:
- Xác định các thành phần của từ trường Trái đất từ đó tính từ trường tổng hợp.
- Xác định độ chính xác của thí nghiệm cũng như khả năng ứng dụng vào thực
tiễn của thí nghiệm.
- Rèn luyện kỹ năng thực hành, nâng cao khả năng hiểu biết một số thiết bị thí
nghiệm hiện đại.
3. Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là bộ thí nghiệm đo từ trường Trái đất, phương
pháp đo và cách xử lý số liệu bằng phần mềm CASSY Lab.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu:
- Tìm hiểu từ trường Trái đất về đặc điểm, nguồn gốc và vai trò của nó trong đời
sống, kỹ thuật và trong các khoa học về Trái đất.
- Tìm hiểu những thành tựu trong đo đạc từ trường Trái đất trên thế giới và ở
Việt Nam.
- Tìm hiểu các thiết bị làm thí nghiệm, cách cài đặt và sử dụng phần mềm
CASSY Lab.
- Tiến hành đo các thành phần của từ trường Trái đất tại nhiều vị trí trong phòng
thí nghiệm Vật lý nâng cao nhằm tìm ra phương pháp đạt hiệu quả cao nhất.
- Ghi nhận, xử lý số liệu và biểu diễn kết quả.
- Phân tích, đánh giá kết quả.
5. Phương pháp nghiên cứu:

- Nghiên cứu lý thuyết: tra cứu, tìm tài liệu, giáo trình, sách báo, trang Web
trên internet có nội dung liên quan đến đề tài.
- Nghiên cứu thực nghiệm: lắp ráp thí nghiệm, tiến hành đo đạc và dùng phần
mềm để ghi nhận và xử lý số liệu, biểu diễn số liệu đo đạc.
- Phương pháp tổng hợp, phân tích: Sau khi xử lý số liệu, phân tích kết quả,
rút ra nhận xét và đi đến kết luận chung nhằm tìm ra phương án tối ưu nhất.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu:
- Kết quả thí nghiệm là cách minh họa sinh động cho những hiểu biết về lý
thuyết trường địa từ.
- Rèn luyện khả năng tự nghiên cứu, tìm tài liệu và phân tích tài liệu.
- Đánh giá được cấp chính xác của bộ dụng cụ thí nghiệm và của các phương
pháp đo.
- Triển khai được một thí nghiệm thuộc lĩnh vực điện từ cho sinh viên khoa
Vật lý - trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh.

TỔNG QUAN
Người ta đã biết về từ trường Trái đất từ rất sớm. Nhà vật lý hoàng gia thời
nữ hoàng Elizabeth I, William Gilbert, người đầu tiên quan sát các hiện tượng từ
một cách có hệ thống, vào năm 1600 đã kết luận rằng Trái đất là một nam châm
khổng lồ. Vào thời kỳ mạo hiểm khám phá đại dương và đi biển phiêu lưu này, việc
phát hiện ra từ trường Trái đất là một phát hiện thực tiễn có tầm quan trọng bậc
nhất. Vì có những ứng dụng thực tiễn trong hàng hải, liên lạc và thăm dò nên từ
trường Trái đất được nghiên cứu rộng rãi trong nhiều năm. Việc nghiên cứu trường
địa từ đòi hỏi cùng lúc phải tiến hành quan trắc các quá trình vật lý không những
trên mặt đất mà cả bên trong và bên ngoài Trái đất nữa. Trong khi đó, số lượng các
vị trí được quan trắc là không đáng kể so với diện tích bề mặt Trái đất. Số lượng các
đài quan trắc địa từ trên toàn cầu mới đạt tới 180 mà chủ yếu nằm ở châu Âu và ở
Mỹ. Đặc biệt là để quan trắc địa từ trên biển chỉ có thể bố trí các đài, trạm quan trắc
trên các đảo cách nhau hàng nghìn km. Hơn nữa, mỗi nước lại chỉ tiến hành quan
trắc trên lãnh thổ nước mình và nhiều khi không có cơ hội sử dụng kết quả nghiên
cứu tương tự của nước láng giềng. Do vậy đã xuất hiện nhu cầu tập hợp lực lượng
các nhà khoa học nghiên cứu Vật lý địa cầu trên toàn thế giới, cùng tiến hành
nghiên cứu theo một chương trình, với cùng một phương pháp và kết quả thu được
là tài sản chung của nhân loại, để các chuyên gia cùng xử lý.
Ở nước ta, các nghiên cứu và ứng dụng trường địa từ mới chủ yếu được tiến
hành khoảng một nửa thế kỷ nay. Nhờ sự giúp đỡ hết sức tận tình của Viện Vật lý
địa cầu Ba Lan, nước ta đã xây dựng được đài Vật lý địa cầu Sa Pa, đài Vật lý địa
cầu Phủ Liễn với các hạng mục quan trắc là địa từ, địa chấn, điện khí quyển và khí
tượng. Có thể nói là nghiên cứu địa từ tại Việt Nam bắt đầu từ năm Vật lý địa cầu
quốc tế 1957.
Hòa vào xu hướng của nhân loại trong việc khám phá thế giới, chinh phục vũ
trụ, nhà nước ta quan tâm đến việc cung cấp những kiến thức về khoa học trái đất và
vũ trụ cho học sinh. Hiện tại, trong chương trình lớp 11 (sách giáo khoa mới xuất

bản lần đầu vào năm 2007), có trình bày một số khái niệm liên quan đến từ trường
Trái đất nhằm giúp cho học sinh những kiến thức tổng quát về trường địa từ. Ngoài
ra, còn có một bài thực hành xác định thành phần nằm ngang của từ trường Trái đất.
Thí nghiệm này sử dụng các thiết bị đơn giản và việc tính toán, xử lý số liệu cũng
khá dễ dàng phù hợp với học sinh trung học phổ thông. Mặc dù đã đưa ra phương
pháp phù hợp để sai số tỉ đối của thí nghiệm là nhỏ nhất song vẫn còn nhiều yếu tố
có thể ảnh hưởng đến phép đo gây sai lệch kết quả. Chẳng hạn như việc điều chỉnh
la bàn tang sao cho mặt thước đo góc thật sự nằm ngang, việc giữ nguyên vị trí la
bàn trong suốt quá trình thí nghiệm là một điều khó thực hiện. Ngoài ra chiết áp
điện tử rất nhạy đòi hỏi sự kỹ lưỡng cao của học sinh trong lúc làm thí nghiệm.
Với sinh viên sư phạm ngành vật lý, cần có những thí nghiệm với độ chính
xác cao hơn và còn có thể giúp cho sinh viên phát triển những kỹ năng cao hơn
trong việc tiếp cận các thiết bị thí nghiệm hiện đại đã được ứng dụng rộng rãi trong
các phòng thí nghiệm trên thế giới. Và thí nghiệm đo từ trường Trái đất với phần
mềm CASSY là một thử nghiệm phù hợp.

CHƯƠNG 1: TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT
1.1. Trường địa từ:
1.1.1. Sơ lược về lịch sử phát hiện:
Trường địa từ hay từ trường Trái đất 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 tượng trưng cho Trái đất (Hình 1.1).
Hình 1.1. Chiếc la bàn hình thìa do người Trung Hoa chế tạo.
Từ cuối thế kỷ 15, la bàn đã được sử dụng để định hướng trong tất cả 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 từ với hướng
Bắc địa lý- độ từ thiên chỉ được biết đến sau chuyến thám hiểm của Christophe
Colomb tìm ra châu Mỹ: 3 chiếc 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 3 chiếc thuyền dụng cụ định hướng là chiếc la

bàn. Nhưng đến giữa đường thì bỗng dưng cả 3 chiếc la bàn đều không còn chỉ về
phương Bắc nữa mà lệch đi tới 6-7o
, 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 bí mật điều chỉnh hướng đi của tàu.
Nhưng rồi sự việc bại lộ. Các thuyền viên nghi ngờ về mục tiêu của nhà thám hiểm
vĩ đại này, họ cho rằng ông có những toan tính riêng. Ông đã phải giải thích rằng,
vì sao Bắc đẩu đang di chuyển vị trí nên kim la bàn hơi lệch khỏi phương Bắc-
Nam địa lý. Khi Colomb khám phá 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 hướng Bắc thực.
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.
Hình 1.2. William Gilbert (1544-1603)- tác giả cuốn “De Magnet”.
Ngành khoa học về địa từ chỉ ra đời năm 1600 khi William Gilbert, nhà vật
lý hoàng gia thời nữ hoàng Elizabeth I, xuất bản cuốn sách De Magnete. 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 thiết rằng momen từ tập trung ở trong một chiếc nam
châm nằm cách tâm Trái đất khoảng 400 km thì hướng của chiếc nam châm này
tạo với trục quay của Trái đất một góc khoảng 11,5o
. Trường do nam châm tạo nên
gọi là trường lưỡng cực. Cực từ của bán cầu Bắc nằm cách cực địa lý 1900 km.
Góc lệch giữa kinh tuyến địa lý và kinh tuyến từ do kim la bàn chỉ gọi là góc từ
thiên. Chúng ta có thể hình dung ra các đường sức không nhìn thấy của trường địa
từ như hình 1.3 nếu tưởng tượng rằng Trái đất có một thanh nam châm trong lòng
của nó và hướng từ Bắc xuống Nam.
Hình 1.3. Trường lưỡng cực của Trái đất.
1.1.2. Đặc điểm:
1.1.2.1. Các thành phần của trường địa từ:
Trường lưỡng cực thể hiện gần đúng nhất từ thực của Trái đất. Hiện tại, trục
lưỡng cực tạo với trục địa lý một góc 11,5o
. Cũng như mọi trường vector khác, các
đại lượng quan tâm là độ lớn và hướng của trường tại các điểm khác nhau trên mặt
đất và không gian xung quanh. Khi treo một kim nam châm bằng một sợi dây để

nó có thể quay theo bất cứ hướng nào, kim nam châm sẽ nằm song song với đường
sức địa phương của trường địa từ và chỉ về hướng Bắc.
Trường địa từ được mô tả bằng các tham số sau (xem hình 1.4):
Hình 1.4. Các thành phần của trường địa từ.
 Tham số mô tả hướng của trường địa từ:
 Độ từ thiên D: góc giữa phương Bắc từ và phương Bắc địa lý.
+ Góc D được tạo thành giữa kinh tuyến địa lý (hướng Bắc) và thành phần
nằm ngang H của vector trường toàn phần F.
I
D
Z
hướng Bắc
(địa lý)
X
H
F
Y
hướng
Đông
hướng
vào tâm
Trái đất
F – Cường độ toàn phần
D – Độ từ thiên
I – Độ từ khuynh
H – Thành phần nằm ngang
Z – Thành phần thẳng đứng

+ Độ từ thiên sẽ dương khi phương Bắc từ nằm về phía Đông của phương
Bắc địa lý, ngược lại độ từ thiên âm.
 Độ từ khuynh I:
+ Góc I là góc giữa vector F và thành phần nằm ngang H.
+ I có giá trị trong khoảng -90o
đến 90o
. Ở Bắc bán cầu, cực Bắc của kim
nam châm nằm phía dưới mặt phẳng nằm ngang. Khi đó độ từ khuynh
dương. Ngược lại, ở Nam bán cầu, cực Bắc của kim nam châm nằm ở phía
trên mặt phẳng nằm ngang, được quy ước là độ từ khuynh âm.
 Tham số chỉ cường độ toàn phần F: được miêu tả bởi thành phần nằm
ngang H và thành phần thẳng đứng Z, thành phần Bắc từ X, thành phần
Đông từ Y của cường độ nằm ngang H.
+ Mặt phẳng thẳng đứng đi qua thành phần H được gọi là mặt phẳng kinh
tuyến từ.
+ Cường độ từ trường lớn nhất ở các cực và yếu hơn ở gần xích đạo.
+ Được tính bằng nanoTesla hoặc Gauss với: 1Gauss = 100.000 nT.
+ Cường độ trường địa từ thay đổi trong khoảng 25.000 – 65.000 nT hoặc
0,25 – 0,65 Gauss. Để thấy rằng cường độ trường địa từ trên bề mặt Trái đất
không lớn, ta so sánh với một nam châm tủ lạnh có từ trường khoảng 100
Gauss.
- Tại một điểm O bất kỳ trên mặt đất, vector trường địa từ được đặc trưng bởi
hướng và cường độ mà chúng ta có thể đo được. Người ta sử dụng 2 cách đo
để xác định vector trường địa từ.
+ Cách 1: Đo T là giá trị tuyệt đối của vector F, góc D và I. Góc D dương
nếu H lệch về phía Đông, góc I dương khi H hướng xuống dưới so với mặt
phẳng ngang.
+ Cách 2: Sử dụng việc phân tách vector F ra các thành phần X, Y và Z- là
thành phần Bắc (X) và Đông (Y) của thành phần nằm ngang H và thành phần
thẳng đứng (Z). Z dương nếu F hướng xuống dưới.

- Tất cả 7 giá trị T, H, X, Y, Z, D, I được coi là các thành phần của trường địa
từ. Chúng liên hệ với nhau theo các biểu thức sau:
𝐻 = 𝐹 cos 𝐼 ; 𝑍 = 𝐹 sin 𝐼 = 𝐻 tan 𝐼
𝑋 = 𝐻 cos 𝐷 ; 𝑌 = 𝐻 sin 𝐷
𝑋2
+ 𝑌2
= 𝐻2
; 𝑋2
+ 𝑌2
+ 𝑍2
= 𝐻2
+ 𝑍2
= 𝑇2
1.1.2.2. Cực từ và cực địa từ:
 Cực từ:
Thường để đo độ từ khuynh người ta dùng kính kinh vĩ từ: kim la bàn quay
trong mặt phẳng kinh tuyến trên một trục nằm ngang.
Tại vị trí mà thành phần nằm ngang bằng 0, kim la bàn hướng thẳng đứng
gọi là cực từ. Có hai vị trí như vậy, một ở phía Bắc gọi là cực từ Bắc, một ở phía
Nam gọi là cực từ Nam.
Hình 1.5. Mô hình lưỡng cực từ có trục xuyên tâm nghiêng.
S (cực Nam địa lý)
N (cực Bắc địa lý)
11,5o
lưỡng
cực từ
Xích
đạo
địa lý
Cực từ Nam
(I =-90o
)
Cực địa từ Nam
Xích
đạo
địa từ
Cực từ Bắc
(I = 90o
)
Xích đạo từ
(I = 0o
)
Cực địa từ Bắc

Có hai cách xác định cực từ:
 Cách 1: Sử dụng kim la bàn. Đó là khi kim la bàn có vị trí thẳng đứng.
 Cách 2: Sử dụng mô hình trường địa từ. Cực từ là nơi mà độ từ khuynh được
xác định bằng 90o
ở cực bắc và bằng -90o
ở cực nam.
Trên thực tế, cực từ quan trắc được không phải là một điểm đơn độc, mà nó
là một khu vực, nơi có “nhiều cực từ” tồn tại. Việc xác định cực từ thường rất khó
vì mấy lý do:
- Độ từ khuynh gần bằng 90o
trên một vùng rộng.
- Khu vực cực không phải là những điểm cố định mà nó chuyển động trong
khoảng từ 10 đến hàng trăm km do ảnh hưởng của biến thiên ngày đêm và
bão từ.
- Vùng cực là vùng rất khó đi tới bằng các phương tiện giao thông bình
thường.
Hai cực từ di chuyển độc lập nhau và không ở 2 vị trí đối diện trên mặt đất,
tức là đường nối 2 cực từ không đi qua tâm Trái đất.
Cục Địa chất Canađa là cơ quan nhận trọng trách xác định cực từ Bắc. Cực
này di chuyển chậm trên vùng biển Bắc Băng Dương thuộc Canađa và họ phải đo
lặp lại đều đặn để xác định vị trí cực từ Bắc. Lần đo lặp gần đây nhất là vào tháng 5
năm 2001 đã xác định được vị trí của cực từ Bắc và khẳng định là cực từ Bắc đang
dịch chuyển về phía Tây Bắc với tốc độ khoảng 40 km/ năm.

Hình 1.6. Đường dịch chuyển của cực từ Bắc qua phía Bắc Canađa giai
đoạn 1831-2001.
 Cực địa từ:
Trong nghiên cứu địa từ người ta còn sử dụng khái niệm cực địa từ (hay còn
gọi là lưỡng cực từ đồng tâm). Khi lấy gần đúng, trường từ của Trái đất sẽ tương tự
trường của một lưỡng cực từ. Nếu một đường thẳng được vẽ đi qua lưỡng cực từ đặt
tại tâm Trái đất thì hai vị trí mà nó cắt bề mặt Trái đất được gọi là cực Bắc địa từ và
cực Nam địa từ. Hai vị trí này thường được dùng để tính tọa độ địa từ. Nếu từ

trường Trái đất hoàn toàn lưỡng cực, các cực địa từ và cực từ sẽ trùng nhau và các
la bàn sẽ chỉ về chúng. Tuy nhiên, từ trường Trái đất có sự đóng góp đáng kể của
yếu tố không lưỡng cực nên các cực địa từ và cực từ không trùng nhau.
1.1.2.3. Xích đạo từ và xích đạo địa từ:
Vùng giá trị I dương và âm được phân chia bởi một đường, theo đường này
độ từ khuynh I = 0, gọi là đường xích đạo từ. Tại xích đạo từ, kim la bàn luôn nằm
ngang. Phía Bắc của xích đạo từ, I vá Z có giá trị dương. Phía Nam của xích đạo từ,
I và Z có giá trị âm.
Không giống như xích đạo địa lý, xích đạo từ không cố định mà thay đổi
chậm chạp.
Sự phân biệt xích đạo từ và xích đạo địa từ giống như sự phân biệt cực từ và
cực địa từ ở trên.
1.1.2.4. Các bản đồ phân bố trường địa từ:
Phương pháp phổ biến nhất trong việc biểu diễn phân bố trường địa từ là
biểu diễn dưới dạng bản đồ các đường đồng mức, tức là nối các giá trị bằng nhau
của từng yếu tố của trường địa từ.
Hình 1.7. Bản đồ phân bố độ từ khuynh của trường địa từ -niên đại 2010.

Trên các bản đồ I và Z, đường đồng mức không chính là xích đạo từ.
Trên bản đồ H, nơi H = 0 chính là cực từ. Các điểm cực (cũng tương tự như
các cực địa lý) là các điểm hội tụ của các đường đồng mức trên bản đồ D.
Đối với mỗi quốc gia, bản đồ trường địa từ cũng trở nên cần thiết như các
bản đồ địa hình, bản đồ địa chất, bản đồ trọng lực. Trên cơ sở những đo đạc về
trường địa từ, các nhà khoa học đã xây dựng được một bức tranh chi tiết toàn cầu
về phân bố không gian và biến thiên theo thời gian của trường địa từ.
1.1.3. Nguồn gốc:
Những khảo sát địa từ từ thế kỷ 16 đến nay cho thấy trường địa từ có hai
nguồn gốc: nguồn gốc ở bên trong Trái đất và nguồn gốc ở bên ngoài Trái đất.
Vector trường địa từ đo được tại môt vị trí bất kỳ ở gần mặt đất được hình thành từ
3 nguồn: nguồn ở trong nhân Trái đất, nguồn nằm trong vỏ Trái đất và nguồn nằm
trong tầng điện ly và trong từ quyển của Trái đất.
1.1.3.1. Trường địa từ và nguồn gốc bên trong Trái đất:
1.1.3.1.1. Máy phát điện địa từ:
Người ta thực sự tin rằng lưỡng cực chiếm khoảng 90 % từ trường Trái đất,
được gây ra bởi sự từ hóa vĩnh cửu của các vật chất trong lòng đất.
Để giải thích nguồn gốc từ trường Trái đất, một số nhà vật lý đã đưa ra học
thuyết dynamo nhưng thuyết này đến nay vẫn chưa thật hoàn chỉnh.
Trong địa vật lý, thuyết dynamo đề xuất một cơ chế mà theo đó một thiên thể
như Trái đất hoặc một ngôi sao tạo ra từ trường. Thuyết này mô tả quá trình mà
thông qua hoạt động của các chất lưu dẫn điện, đối lưu và xoay để duy trì một từ
trường lâu dài qua quy mô thời gian thiên văn.
 Có 3 yếu tố cần thiết cho một máy phát điện địa từ hoạt động:
- Một từ trường nguyên thủy (từ trường ban đầu).
- Một chất lưu chuyển động trong từ trường.

- Một nguồn năng lượng nội bộ để truyền chuyển động đối lưu trong chất lưu.
Trong trường hợp của Trái đất, từ trường được gây ra và duy trì liên tục bởi
sự đối lưu của sắt lỏng trong lõi ngoài. Yêu cầu cho sự cảm ứng từ là một chất lỏng
quay. Sự quay trong lõi ngoài được tạo ra bởi hiệu ứng Coriolis gây ra bởi sự quay
của Trái đất. Lực Coriolis có xu hướng tổ chức các chuyển động và dòng điện vào
các trục song song với trục quay .(Chất lỏng bị nhiễu loạn có xu hướng tạo thành
các cột song song với trục quay gọi là cột Taylor).
Hình 1.8. Chuyển động của chất lỏng dẫn điện tạo ra từ trường.
 Có thể giải thích nguồn gốc trường địa từ như sau: Sự khác biệt về nhiệt độ
trong nhân lỏng của Trái đất đã làm xuất hiện các dòng đối lưu. Chuyển động của
chất lỏng được duy trì bởi các dòng đối lưu này. Nếu trong nhân Trái đất có một từ
trường yếu, được coi là từ trường nguyên thủy thì các dòng đối lưu nói trên sẽ có
vai trò như những cuộn dây trong máy phát điện. Dòng điện nhờ đó được hình
thành và chính nó đã tạo ra từ trường có cường độ lớn.
Thuyết này tuy đã được bổ sung, hoàn thiện nhưng vẫn còn nhiều điểm chưa
rõ, chẳng hạn: Trong quá trình hình thành từ trường Trái đất, cần phải có từ trường
nguyên thủy nhưng từ trường nguyên thủy được hình thành từ bao giờ và bằng
Manti
Lõi trong
Lõi ngoài

Hình 1.9. Thang đảo cực của
trường địa từ trong 5,5 triệu
năm gần đây.
cách nào? Vì vậy, cách hoạt động chính xác của “máy phát điện” địa từ nội tại này
và nguồn năng lượng cần thiết để nó hoạt động vẫn còn là đối tượng nghiên cứu.
1.1.3.1.2. Sự đảo cực của trường địa từ và nguồn gốc bên trong Trái đất:
Sự đảo cực là sự thay đổi hướng
momen từ của Trái đất theo hướng ngược lại,
trong đó các cực từ của Trái đất đổi chỗ cho
nhau.
Có thể nghiên cứu sự thay đổi từ trường
Trái đất qua thời gian rất dài bằng cách đo từ
tính vốn có và yếu của đáy đại dương ở bất kì
phía nào của dãy núi Mid-Atlantic. Đáy này
được phủ bởi chất lắng đọng do mac-ma rỉ ra
từ đỉnh núi. Chất mac-ma rắn lại lan ra với
mức độ vài cm trong một năm. Từ tính yếu của
mac-ma đông cứng này lưu lại một bản ghi tức
thời của từ trường Trái đất ở thời điểm rắn lại
của mac-ma, và như vậy cho phép ta nghiên
cứu hướng và độ lớn của từ trường Trái đất
trong quá khứ xa xôi.
Những nghiên cứu này cho ta thấy là
trường địa từ cứ mỗi triệu năm hoặc cỡ như
thế lại thay đổi hoàn toàn hướng của nó.
Tên các giai đoạn phân cực được đặt
theo tên các nhà khoa học có nhiều đóng góp
trong nghiên cứu địa từ và khoa học Trái đất.
Hình 1.9 mô cực địa từ trong suốt kỷ nguyên
Cenozoic. Vùng tối biểu thị thời gian có phân

cực phù hợp với phân cực hiện tại. Vùng sáng biểu thị thời gian có phân cực ngược
với phân cực hiện tại. Trong từng giai đoạn, nhiễm từ thuận hay ngược chỉ là đặc
trưng chủ yếu, vẫn có những lần đảo cực có thời gian rất ngắn trong từng giai đoạn.
Việc phát hiện ra hiện tượng đảo cực cho thấy là trong nhân của Trái đất nhất
định phải tồn tại các chuyển động dạng xoáy đối lưu, hướng của nó sẽ được điều
chỉnh bởi hoạt động quay của Trái đất. Nói cách khác, tính hiện thực của hiện tượng
đảo cực trong quá khứ địa chất đã chỉ ra là cơ chế dẫn đến sự hình thành trường địa
từ chỉ có thể là do những hệ thống dòng điện trong nhân của Trái đất.
1.1.3.2. Dị thường từ và nguồn gốc từ vỏ Trái đất:
Dị thường từ là sự lệch đáng kể của giá trị của trường địa từ ở một vùng so
với các giá trị của nó ở các vùng xung quanh. Dị thường từ phản ánh sự thay đổi
trong phân bố cũng như dạng của khoáng sắt từ trong vỏ Trái đất. Một phần của
trường này được tạo nên bởi độ từ hóa cảm ứng do đất đá có mang từ tính chịu tác
động lâu dài của phần trường chính của Trái đất. Một phần khác của nguồn trường
gây dị thường từ chính là độ từ dư được giữ lại trong đất đá kể từ khi chúng hình
thành.
Hình 1.10. Bản đồ dị thường từ toàn cầu thu được từ tài liệu đo đạc vệ tinh.

 Vai trò của dị thường từ:
Dữ liệu về dị thường từ cho phép “nhìn xuyên qua” các đá phi từ và lớp phủ
như cỏ, đất trồng, cát sa mạc, các lớp đất sét bị đóng băng và nước để phát hiện ra
biến thiên của thạch quyển và các đặc trưng cấu trúc như đứt gãy.
Việc kiểm tra dị thường từ cung cấp những phương tiện nhanh chóng và ít
tốn kém để lập bản đồ cấu trúc địa chất theo độ sâu.
Qua việc phát hiện các vùng dị thường từ, người ta đã tìm thấy quặng có thể
khai thác được. Chẳng hạn mỏ sắt lớn nhất của nước Nga tại vùng Kursk được phát
hiện bởi việc quan sát dị thường từ lớn nhất thế giới. Mỏ sắt Thạch Khê lớn nhất
Việt Nam, cũng được phát hiện khi đo bay từ hàng không.
1.1.3.3. Trường địa từ và nguồn gốc bên ngoài Trái đất:
Trường địa từ là từ trường lưỡng cực nội tại của Trái đất bị thay đổi mạnh
bởi gió Mặt trời. Trong phần này chúng ta xét tới phần trường biến thiên có nguồn
gốc bên ngoài. Phần trường này chỉ chiếm khoảng < 10 % trường địa từ quan sát
được trên mặt đất và được gây nên do những quá trình xảy ra trong tầng điện ly và
từ quyển của Trái đất.
Trên mặt đất là tầng khí quyển, trên tầng khí quyển là tầng điện ly được tạo
nên bởi bức xạ Mặt trời. Phía trên tầng điện ly là từ quyển, nơi mà trường địa từ tác
động như một tấm chắn bảo vệ Trái đất đối với sự tấn công của gió Mặt trời. Các
dòng điện trong tầng điện ly và từ quyển gây nên từ trường mà chúng ta quan sát
được trên mặt đất đồng thời với từ trường của chính bản thân Trái đất tạo ra.
1.1.3.3.1. Dòng điện xích đạo:
Khi chiếu sáng và nung nóng phía ban ngày của Trái đất, bức xạ điện từ
đồng thời cũng nung nóng tầng điện ly, gây nên chuyển động đối lưu. Chuyển động
đối lưu này sẽ đẩy các hạt tích điện trong tầng điện ly chuyển động trong từ trường
của Trái đất tạo nên dòng điện trong tầng điện ly ở bên trên xích đạo cho tới vùng vĩ
độ trung bình. Dòng điện như vậy được gọi là dòng điện xích đạo.

Vùng chịu ảnh hưởng của dòng điện xích đạo là vùng chứa xích đạo địa lý,
xích đạo từ và xích đạo địa từ.
Hình 1.11. Dòng điện xích đạo.
1.1.3.3.2. Bão từ:
Bão từ hay còn gọi là bão địa từ là sự biến đổi của các yếu tố của từ trường
theo thời gian xảy ra với quy mô toàn cầu.
Hình 1.12. Tương tác Mặt trời- Trái đất

Bão từ xảy ra khí tính hoạt động từ trong tầng điện ly tăng lên một cách đột
ngột. Nguồn gốc của những cơn bão từ như vậy liên quan đến sự tăng hoạt động của
các vết đen trên Mặt trời. Trường địa từ quan sát được vào những lúc bão từ cao
một cách bất thường và không thể dự đoán trước, có biên độ cỡ 1000 nT.
Bão từ được gây ra do các chùm plasma khổng lồ trung hoà về điện của các
hạt tích điện phát ra từ các vụ bùng nổ của sắc cầu Mặt trời với tốc độ hàng nghìn
km/giây. Các chùm này trên đường đi tới Trái đất sẽ bao trùm lên Trái đất, tác động
lên từ quyển Trái đất, tạo ra hệ dòng điện tròn xung quanh Trái đất, gây ra bão từ.
1.1.3.3.3. Bão từ nhỏ:
Bão từ nhỏ là dạng bão từ ở vùng cực được gây nên bởi tác động của gió Mặt
trời với cụm đường sức dày đặc của trường địa từ tại hai cực từ. Khi xảy ra bão từ
nhỏ, các hạt tích điện còn chạy theo đường sức của trường địa từ rồi thâm nhập vào
tầng khí quyển trên cao gây nên cực quang tại Bắc và Nam bán cầu. Cực quang là
một hiện tượng thiên nhiên kỳ thú chỉ quan sát được ở vùng cực.
Hình 1.13. Hiện tượng cực quang.

 Giải thích hiện tượng cực quang:
Từ Mặt trời, luôn luôn có dòng hạt mang điện, chủ yếu là electron và
proton, bay đến Trái đất. Dưới tác dụng của lực Lorentz, các hạt mang điện này
chuyển động theo quỹ đạo xoáy ốc quanh các đường sức từ của Trái đất và bị phản
xạ ở hai cực. Ta bảo chúng bị bẫy trong một chai từ tạo nên vành đai bức xạ Van
Allen ở trên tầng cao của khí quyển Trái đất giữa địa cực từ Bắc và Nam. Các hạt
cứ chạy đi chạy lại giữa hai đầu của chai từ trong vòng vài giây.
Mỗi khi có một bùng nổ ở Mặt trời, thì sẽ có thêm một số electron và
proton có năng lượng cao rơi vào vành đai bức xạ và một điện trường được hình
thành ở nơi mà bình thường các electron vẫn bị phản xạ. Điện trường này làm các
electron không bị phản xạ nữa và bị đẩy thẳng vào trong khí quyển, tại đấy chúng
va chạm với các phân tử và nguyên tử khí và làm chúng phát quang. Ánh sáng ấy
tạo nên cực quang giống một bức rèm sáng, treo từ độ cao cỡ 100 km rủ xuống.
1.1.3.3.4. Từ quyển:
Từ quyển là khu vực không gian vũ trụ kéo dài đến vị trí cách Trái đất
khoảng 10 lần bán kính của nó (tức lớn hơn 60.000 km) tức là nơi các đường sức
của trường địa từ bị giới hạn bởi các luồng gió Mặt trời.
Từ quyển được hình thành từ hai yếu tố quan trọng: Thứ nhất là trường địa từ
được gây nên bởi dòng điện chạy trong nhân lỏng của Trái đất. Bên ngoài Trái đất
nó sẽ có dạng trường của lưỡng cực có trục gần như song song với trục quay của
Trái đất. Yếu tố thứ hai là gió Mặt trời- là các luồng hạt plasma liên tục phóng ra từ
Mặt trời vào khoảng không vũ trụ với vận tốc từ 300 đến 800 km/gy.
Gió Mặt trời bao quanh Trái đất, nén ép vào các đường sức của trường địa từ
ở phần ban ngày và kéo dài các đường sức từ theo chiều gió Mặt trời thành “cái
đuôi” về phía ban đêm. Như vậy, gió Mặt trời là nguyên nhân gây ra hình dạng
tổng thể của từ quyển Trái đất và gây ra một từ trường mạnh ảnh hưởng đến không
gian xung quanh Trái đất.

Hình 1.14. Từ quyển của Trái đất.
1.1.4. Sự biến thiên theo thời gian:
Trường địa từ thay đổi theo quy mô thời gian từ một phần nghìn giây đến
hàng triệu năm. Ngày nay, người ta phân biệt hai dạng biến thiên của trường địa từ
tùy thuộc vào nguồn gốc phát sinh của nó: phần biến thiên có nguồn gốc bên ngoài
và phần biến thiên có nguồn gốc bên trong Trái đất.Những biến thiên có chu kỳ nhỏ
hơn 5-10 năm được coi là có nguồn gốc bên ngoài Trái đất, những biến thiên có chu
kỳ dài hơn thường được coi là có nguồn gốc bên trong Trái đất.
1.1.4.1. Biến thiên thế kỷ:
Tên gọi “biến thiên thế kỷ” được dùng để chỉ tất cả các biến thiên của trường
địa từ có chu kỳ trong khoảng hàng chục cho đến vài trăm ngàn năm.
Nguồn gốc của biến thiên thế kỷ có thể do hai nguyên nhân có chu kỳ chồng
lên nhau:
 Biến thiên phi lưỡng cực có chu kỳ ngắn.
 Biến thiên lưỡng cực có chu kỳ dài.

Những kết quả quan trắc biến thiên thế kỷ trên mặt đất trong 400 năm qua đã
cho phép khẳng định:
- Sự suy giảm của momen lưỡng cực từ chiếm khoảng 0,005 % giá trị trung
bình của momen từ trong suốt thời gian quan trắc.
- Cực từ dịch chuyển về phía Bắc khoảng 2 km /năm.
- Trục lưỡng cực quay tuế sai về phía Tây 0,008% /năm.
- Phần trường phi lưỡng cực dịch chuyển về phía Tây khoảng 0,2o
-0,3o
/năm
kèm theo dịch chuyển về phía Nam.
- Cường độ biến thiên của phần trường phi lưỡng cực khoảng 10 nT/năm.
Biến thiên thế kỷ của trường địa từ là một hiện tượng đặc biệt hấp dẫn đối
với việc phát triển lý thuyết về nguồn gốc trường địa từ, cũng như trong việc nghiên
cứu nhân Trái đất và những quá trình xảy ra trong nhân Trái đất. Theo quan điểm
này thì biến thiên thế kỷ có thể được xem như là một đặc trưng động của nhân Trái
đất. Bất kỳ một lý thuyết nào về nguồn gốc trường địa từ không những phải giải
thích được sự tồn tại của biến thiên thế kỷ mà còn phải đưa ra một số đánh giá định
lượng của nó. Mức độ phù hợp của các tham số thực của biến thiên thế kỷ với các
tính toán lý thuyết sẽ là một chỉ số về tính đúng đắn của giả thuyết. Như vậy, biến
thiên thế kỷ có thể xem như là một hiện tượng thường xuyên. Nó chính là thuộc tính
của trường địa từ chứ không phải là do trường địa từ bị lệch khỏi trạng thái bình
thường của mình.
1.1.4.2. Biến thiên ngày đêm:
Phần trường biến thiên với quy mô ngắn hạn chủ yếu phát sinh từ những
dòng điện trong tầng điện ly và từ quyển, và một số các thay đổi có thể được truy
nguồn từ các cơn bão địa từ hoặc sự biến đổi hàng ngày trong các dòng điện.
Biến thiên ngày đêm là những biến thiên của trường địa từ xảy ra trong một
ngày đêm và liên quan tới phần trường địa từ có nguồn gốc bên ngoài Trái đất.

Những biến thiên này có biên độ khoảng 20-30 nT/ngày, có thể tăng đến 150
nT/ngày tại vùng gần xích đạo từ.
1.1.4.3. Từ mạch động:
Biến thiên của trường địa từ có nguồn gốc bên ngoài Trái đất có thể có chu
kỳ rất ngắn trong khoảng từ 0,2 giây cho đến 10 phút. Loại biến thiên này gọi là
biến thiên từ mạch động. Từ mạch động đôi khi có thể được nhìn thấy dưới dạng
các chuỗi sóng chạy trên đường sức của trường địa từ. Nhờ các tín hiệu của biến
thiên từ mạch động mà ta có thể nghe thấy tiếng đập của từ quyển, giống như tiếng
đập của trái tim.
1.1.5. Vai trò:
Mặc dù cường độ trường địa từ trên bề mặt Trái đất không lớn, nhưng nó có
vai trò quan trọng trong cuộc sống và trong kỹ thuật. Những ứng dụng của trường
địa từ mang tính lịch sử là việc sử dụng trường địa từ trong việc định hướng lái cho
các phương tiện vận tải: tàu biển, tàu thủy, máy bay,…trường địa từ còn được sử
dụng cho lĩnh vực định hướng bay cho tàu vũ trụ và sự định hướng của vệ tinh.
Sau kỷ nguyên Sputnik thì vector trường địa từ đã được sử dụng để kiểm tra
độ cao và xác định độ cao cho vệ tinh và tàu vũ trụ. Vector trường địa từ là một
công cụ vô giá để điều khiển tàu vũ trụ tiếp tục quay sau khi được bắn lên khỏi bề
mặt Trái đất, đồng thời để nó bay ổn định trong không gian 3 chiều trên quỹ đạo của
Trái đất. Những nghiên cứu nhiều năm của NASA (Cơ quan hàng không và vũ trụ
Mỹ) đã khẳng định rằng sự thiếu kiến thức về trường địa từ là một trong những
nguyên nhân lớn dẫn đến sai sót trong hoạt động của tàu vũ trụ. Khi những số liệu
quan trắc địa từ chính xác được tiến hành trong vũ trụ, thì các số liệu thu được sẽ
giúp cho việc điều hành chuyển động của tàu vũ trụ chính xác hơn.
Từ trường Trái đất làm lệch hướng hầu hết các hạt tích điện từ đó bảo vệ Trái
đất khỏi tác hại của gió Mặt trời và các tia vũ trụ có hại.

Phần trường chính của trường địa từ luôn là đối tượng hữu ích trong việc hỗ
trợ các kỹ thuật thăm dò địa vật lý khác để tìm kiếm khoáng sản trong vỏ Trái đất.
Các phương pháp thăm dò từ đã được sử dụng rộng rãi trong việc thành lập các bản
đồ địa vật lý thăm dò.
Từ trường Trái đất được ghi lại trong đá. Sự đảo cực từ đã để lại hàng loạt
các sọc trên đáy biển, khiến nó có thể lan rộng trên đáy biển theo thời gian. Sự vững
chắc của các cực địa từ giữa những lần đảo cực cho phép các nhà cổ từ học theo dõi
chuyển động của các châu lục trong quá khứ. Những lần đảo cực cũng cung cấp cơ
sở cho từ địa tầng học một cách để xác định niên đại của đá và trầm tích.
Hình 1.15. Nền biển bị đẩy ra xa dãy núi, trải ra như một phần của hệ lục địa trôi.
Các biến thiên của trường địa từ đang được sử dụng để mô tả cấu trúc của
các lớp sâu bên trong Trái đất.
Động vật bao gồm các loài chim, cá và rùa được cho là có thể phát hiện từ
trường Trái đất và sử dụng từ trường để điều hướng trong quá trình di cư. Tuy
nhiên, cho đến nay vẫn chưa đủ cơ sở khoa học chứng minh cho giả thiết đó.
1.2. Quan trắc trường địa từ:
1.2.1. Mô hình trường địa từ:
Trường địa từ không những thay đổi trong không gian mà còn biến thiên
theo thời gian.

Những đặc trưng của trường địa từ đã có thay đổi rõ rệt trong suốt 400 năm
gần đây, bao gồm thay đổi về hướng và cường độ.
Trường địa từ luôn luôn thay đổi nên ta không thể dự đoán chính xác giá trị
của trường tại một điểm bất kỳ trong một tương lai rất gần. Do vậy, người ta phải
đo đạc thường xuyên các yếu tố của trường địa từ trên toàn cầu. Trên cơ sở các số
liệu đo đạc thực tế, người ta có thể xây dựng mô hình toán học mô tả phần trường
chính của Trái đất cùng với sự thay đổi của nó cho từng thời kỳ nhất định. Độ chính
xác của mô hình trường địa từ chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, kể cả việc từ
trường được đo ở đâu.
Hiện nay, trên thế giới sử dụng hai mô hình tính trường, đó là:
 Mô hình trường quốc tế (IGRF- International Geophysical Reference Field)
do Hội Địa từ và Cao không quốc tế (IAGA) thông qua.
 Mô hình trường toàn cầu (WMM-World Magnetic Model) do Cục Địa chất
Mỹ và Cục địa chất Anh xây dựng.
Các mô hình phải làm mới lại sau 5 năm vì bản chất biến thiên của trường
địa từ.
1.2.2. Các phương pháp quan trắc trường địa từ:
Các phương pháp chính để nghiên cứu trường địa từ bao gồm: quan trắc trực
tiếp sự phân bố không gian của trường địa từ trên bề mặt Trái đất và sự thay đổi của
nó theo thời gian.
1.2.2.1. Quan trắc sự phân bố theo không gian:
 Đo từ trên mặt đất:
Việc đo vẽ bản đồ được tiến hành ngay từ khi Christophe Colomb phát hiện
ra độ từ thiên. Tuy nhiên, trong 200 năm đầu tiên (1500-1700) đo vẽ bản đồ mới chỉ
được tiến hành lẻ tẻ và chủ yếu do các nhà đi biển tiến hành, vì đối với họ độ từ
thiên rất quan trọng trong việc xác định hướng lái tàu biển, khi sử dụng la bàn.

Việc đo vẽ độ từ thiên và độ từ khuynh có hệ thống đầu tiên do một nhà hàng
hải người Anh tiến hành vào năm 1700.
Ngày nay, việc đo vẽ bản đồ từ được tiến hành tại hầu khắp các nước trên thế
giới.
 Đo từ trên biển:
Biển và đại dương chiếm khoảng 5/6 diện tích bề mặt của Trái đất. Vì vậy,
khoa học về trường địa từ sẽ mất ý nghĩa nếu như không tiến hành đo từ trên biển.
Mặt khác, chính các nhà đi biển là người đã ứng dụng rộng rãi trường địa từ ngay từ
khi nó được phát hiện trong mục đích định hướng lái. Độ từ thiên được xác định
đầu tiên tại Đại Tây Dương và Ấn Độ Dương.
 Đo từ hàng không:
Mục đích chính của đo từ hàng không là xây dựng các bản đồ đường đồng
mức của vector từ trường toàn phần, bản đồ này được sử dụng để xác định các dị
thường từ trong vỏ Trái đất phục vụ cho việc thăm dò chi tiết bằng các phương pháp
vật lý khác.
Thành công của phương pháp đo từ hàng không là ở chỗ khi lập bản đồ từ
hàng không sẽ cho phép phát hiện được sự khác biệt rõ rệt về độ từ dư giữa các loại
đá thể hiện qua các dị thường từ. Sự khác biệt này chính là các bể trầm tích bị
nhiễm từ yếu phủ lên trên các tầng đá gốc. Số liệu đo từ sẽ cho phép chúng ta đánh
giá được bề dày của tầng trầm tích. Sự tương phản về độ nhiễm từ còn chỉ ra những
vùng có khả năng chứa khoáng sản.
 Đo từ trên vệ tinh:
Việc đo vẽ bản đồ từ toàn cầu đã có một bước phát triển vượt bậc khi sử
dụng phương tiện vệ tinh. Các phép đo từ trên vệ tinh đầu tiên được tiến hành bởi
vệ tinh Sputnik 3 vào năm 1958.

Số liệu đo từ vệ tinh MAGSAT đã cung cấp một bức tranh chính xác về
trường địa từ đáp ứng đòi hỏi của việc lập bản đồ từ thế giới.
Các kết quả đo vẽ trên vệ tinh MAGSAT cho phép khẳng định là ở độ cao
của MAGSAT phần trường chính có nguồn gốc bên trong Trái đất biến thiên trong
khoảng từ 30.000 đến 65.000 nT, phần trường có nguồn gốc bên ngoài Trái đất biến
thiên trong khoảng từ 0 đến 1.000 nT, còn phần trường gây ra do các nguồn nằm
trong vỏ Trái đất là rất nhỏ, chỉ chiếm khoảng 0-50 nT.
1.2.2.2. Quan trắc sự biến thiên theo thời gian:
Thang thời gian để quan trắc sự thay đổi của các yếu tố trường địa từ được
hiểu là từ thời gian hiện tại ngược về các niên đại địa chất xa xôi. Do vậy, việc
nghiên cứu sự thay đổi theo thời gian của các yếu tố trường địa từ được tiến hành
dựa trên các quan trắc sau đây:
- Quan trắc tại các đài, trạm địa từ nằm ở các vị trí khác nhau trên Trái đất.
- Quan trắc tại mạng lưới điểm tựa biến thiên thế kỷ.
- Quan trắc khảo cổ từ.
- Khảo sát cổ từ.
Cho đến nay, con số đài địa từ trên toàn cầu ổn định trong khoảng 160 đến
180 đài. Do công cuộc đô thị hóa, các đài địa từ ở vào vị trí bị nhiễu công nghiệp và
không còn cung cấp được số liệu có chất lượng cho công tác nghiên cứu sẽ phải
đóng cửa hay dịch chuyển vị trí. Tuy nhiên, hàng năm lại có một số đài địa từ mới
được thành lập.
 Yêu cầu đối với việc chọn vị trí đài địa từ:
- Vị trí đài địa từ phải nằm xa các nguồn gây nhiễu nhân tạo, đặc biệt là tránh
các giao thoa về điện.
- Đài quan trắc phải nằm ở vị trí mà gradient tự nhiên của trường là thấp nhất.

- Đài quan trắc phải được xây dựng bằng vật liệu phi từ tính, mỗi viên gạch
phải kiểm tra một cách cẩn thận về từ tính trước khi xây.
- Văn phòng đài địa từ cần tách biệt với nhà quan trắc.
Hình 1.16. Phân bố các đài quan trắc địa từ trên toàn cầu.
1.2.2.3. Quan trắc khảo cổ từ:
Việc quan trắc trực tiếp trường địa từ mới được tiến hành khoảng 400 năm
lại đây- một khoảng thời gian vô cùng ngắn theo quan điểm địa chất học. Trong khi
đó, chỉ khi biết được lịch sử của trường địa từ trong thang thời gian địa chất mới có
thể phát triển được việc nghiên cứu các lý thuyết về nguồn gốc trường địa từ và các
vấn đề liên quan với sự tiến triển của các lớp đất dưới sâu. Để biết được trường địa
từ cổ, chúng ta phải quay về với những tư liệu lịch sử và những đo đạc khảo cổ từ.
Việc nghiên cứu khảo cổ từ cho phép đo và nghiên cứu độ từ dư còn được
giữ lại trong các mẫu đồ gốm, gạch nung hay tại những lò đun của người cổ đại.
Trên cơ sở đó có thể phục hồi được hướng và cường độ trường địa từ trong quá khứ.
Các số liệu khảo cổ từ cung cấp cho ta tư liệu về trường địa từ trong suốt thời gian

trước khi có các quan trắc trực tiếp tại các đài địa từ, ngược về quá khứ cho tới
khoảng 10.000 năm.
Các vật liệu khảo cổ từ thường không có nhiều như các mẫu đất đá và đôi khi
chỉ có rất ít mẫu vật thu được từ những khai quật quan trọng. Các mẫu khảo cổ từ
thường ít khi được tìm thấy theo định hướng mà chúng đã bị nung. Mỗi mẫu khảo
cổ từ thường chỉ cung cấp cho ta thông tin về cường độ trường địa từ cổ, chỉ có
những mẫu được phát hiện tại vị trí mà đã bị nung thì mới cho phép xác định được
hướng của trường địa từ cổ. Đối với những mẫu đồ gốm hay gạch nung, ta chỉ có
thể xác định được hướng của độ từ khuynh cổ vì chỉ có thể biết được thế đặt nằm
ngang của mẫu vật khi đem nung.
Các số liêu khảo cổ từ bị hạn chế về sự phân bố địa lý, vì chúng chỉ có thể
được phát hiện trên đất liền, mà chỉ có dưới 1/3 bề mặt Trái đất là đất liền. Các mẫu
khảo cổ từ của nền văn minh Hy Lạp và Roman mới chỉ cung cấp cho ta số liệu của
châu Âu. Các số liệu của Ai Cập, Trung Quốc và Australia thì chỉ cung cấp về châu
Á và châu Úc.
1.2.2.4. Khảo sát cổ từ:
Nghiên cứu cổ từ dựa trên cơ sở nghiên cứu độ từ dư của đá phun trào, hay
trầm tích đã giúp tiến xa hơn ngược về quá khứ. Phạm vi nghiên cứu cổ từ lại rất
rộng và phổ biến trên toàn cầu.
Các dấu hiệu cổ từ của trường địa từ được ghi lại bởi độ từ dư của đá phun
trào và trầm tích, sẽ cung cấp một bức tranh ít chi tiết và không đồng đều được như
những kết quả đo từ hiện đại. Nhưng cổ từ mạnh ở chỗ nó mở rộng thời gian quan
trắc địa từ lên mấy bậc, để có thể có được bức tranh phân bố không gian của trường
địa từ phủ trùm trên hơn 300 triệu năm.

Vì trường địa từ có nguồn gốc trong nhân lỏng của Trái đất, tài liệu cổ từ sẽ
là cốt lõi để chúng ta hiểu được nguồn gốc và sự tiến triển của cả trường địa từ cũng
như cấu trúc bên trong của Trái đất.
1.2.3. Các thông số của trường địa từ tại thành phố Hồ Chí Minh và một số
thành phố lân cận:
Các số liệu trong bảng 1 lấy từ Trung tâm số liệu địa vật lý quốc gia Hoa Kỳ
NGDC (National Geophysical Data Center).
Mô hình IGRF 11, Ngày 30/1/2012.
Bảng 1. Các thông số của trường địa từ tại thành phố Hồ Chí Minh và một số thành
phố lân cận.
Thành phần
nằm ngang
Thành phần
thẳng đứng
+:Hướng xuống
-:Hướng lên
Từ trường
tổng hợp
Độ từ khuynh
+:Hướng xuống
-:Hướng lên
TP. Hồ Chí
Minh
Vĩ độ:
10o
45’B
Kinh độ
106o
39’36”Đ
41123,4
nT
5496,6
nT
41489,1
nT
7o
37’
Thay đổi
theo năm
-1,6
nT/năm
89,1
nT/năm
10,3
nT/năm
7’/năm
TP. Tân An
Vĩ độ:
10o
31’41”B
Kinh độ
106o
24’36”Đ
41156,4
nT
5109.6
nT
41472,4
nT
7o
5’

Thay đổi
theo năm
-1,1
nT/năm
89,6
nT/năm
10,0
nT/năm
7’/năm
Bạc Liêu
Vĩ độ:
9o
16’48”B
Kinh độ
105o
43’48”Đ
41264,0
nT
2929,2
nT
41367,8
nT
4o
4’/năm
Thay đổi
theo năm
1,1
nT/năm
90,9
nT/năm
41367,8
nT/năm
8’/năm
Băng Cốc
(Thái Lan)
Vĩ độ:
13o
44’24”B
Kinh độ
100o
30’36”Đ
41076,7
nT
10468,6
nT
42389,8
nT
14o
18’
Thay đổi
theo năm
-4,6
nT/năm
99,8
nT/năm
20,3
nT/năm
8’/năm
Phnom Penh
(Campuchia)
Vĩ độ:
11o
33’36”B
Kinh độ
104o
54’36”Đ
41168,0
nT
6820,8
nT
41729,2
nT
9o
24’
Thay đổi
theo năm
-2,2
nT/năm
92,4
nT/năm
13,1
nT/năm
8’/năm
Attapu (Lào)
Vĩ độ:
14o
48’B
40576,6
nT/năm
12386,5
nT/năm
42425,1
nT/năm
16o
59’

Kinh độ
106o
49’48”Đ
Thay đổi
theo năm
-7,9
nT/năm
87,7
nT/năm
18,2
nT/năm
7’/năm
 Đặc điểm từ trường tại thành phố Hồ Chí Minh:
Theo số liệu từ Trung tâm số liệu địa vật lý quốc gia Hoa Kỳ:
- Thành phố Hồ Chí Minh thuộc bán cầu Bắc nên thành phần thẳng đứng và
độ từ khuynh dương (đầu Bắc kim nam châm của la bàn từ khuynh nằm ở
phía dưới mặt phẳng nằm ngang).
- Ngoài ra, thành phố Hồ Chí Minh ở giữa xích đạo địa từ (vùng Đà Lạt) và
xích đạo từ (vùng Bạc Liêu) nên từ trường hầu hết theo phương ngang.
Nghĩa là thành phần theo phương thẳng đứng rất nhỏ so với thành phần nằm
ngang dẫn đến độ từ khuynh rất nhỏ (khoảng 7o
).
- Sự thay đổi của thành phần thẳng đứng hàng năm là rất lớn (89,1 nT/năm).
- Độ từ thiên khoảng -20’ (Ở Việt Nam, độ từ thiên rất nhỏ và có giá trị âm.
Có thể nói ở Việt Nam kim la bàn chỉ khá đúng phương Bắc Nam địa lý.).
- Trong một hệ trục tọa độ địa phương, các vector từ trường là:
o Hướng Bắc từ: Bx = 41122,9 nT (hướng Bắc)
o Hướng Đông từ By = - 240,8 nT (hướng Tây)
o Hướng thẳng đứng Bz = 5496,6 nT (hướng xuống)
1.3. Quan trắc địa từ tại Việt Nam:
Trường địa từ có một tầm quan trọng vô cùng to lớn trong mọi mặt hoạt động
của con người, quyết định sự tồn tại của sinh quyển, tác động trực tiếp lên địa
quyển, khí quyển Trái đất. Ở Việt Nam, trường địa từ mang nhiều tính chất đặc biệt
so với nhiều vùng khác trên thế giới do tồn tại dòng điện xích đạo chạy qua lãnh thổ
phía Nam. Bắt đầu từ những nghiên cứu đầu tiên năm 1957, trải qua 50 năm phát
triển, nhờ sự hợp tác với cộng đồng khoa học quốc tế, các nghiên cứu khảo sát địa
từ tại Viện Vật lý địa cầu thuộc Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam đã thu được

những kết quả quan trọng, góp phần vào công cuộc xây dựng, phát triển kinh tế, bảo
vệ lãnh thổ của đất nước trong giai đoạn mới hiện nay.
1.3.1. Mạng lưới đài trạm quan trắc địa từ ở Việt Nam:
Do đặc điểm của lãnh thổ Việt Nam là cắt ngang cả xích đạo địa từ (vùng Đà
Lạt) và xích đạo từ (vùng Bạc Liêu), ngành địa từ đã xây dựng được một mạng
lưới đài trạm gồm đài Vật lý địa cầu Sapa, đài Phú Thụy (Hà Nội), đài Đà Lạt và
đài Bạc Liêu.
Hình 1.17. Vị trí các đài, trạm địa từ trên lãnh thổ Việt Nam (chữ đỏ).
Từ năm 1992, nhờ sự hợp tác quốc tế, ba đài Phú Thụy, Bạc Liêu và Đà Lạt
lần lượt được lắp đặt máy ghi từ hiện số với độ chính xác cao thay thế cho máy
quang cơ cũ, phục vụ đắc lực cho việc nghiên cứu từ trường vùng cận xích đạo từ,
đánh dấu một bước phát triển mới của ngành địa từ Việt Nam. Đặc biệt, đài địa từ
hành tinh (OMP - Observatoire Magnetic Planétaire) Phú Thụy đã trở thành một
thành viên của chương trình INTERMAGNET quốc tế, các giá trị địa từ được ghi
và truyền đi qua vệ tinh trong khuôn khổ mạng lưới đài OMP phân bố trên khắp
thế giới.

1.3.2. Từ trường bình thường lãnh thổ Việt Nam:
Tại một điểm trên mặt đất, từ trường sau khi tách phần biến thiên có nguồn
gốc bên ngoài sẽ bao gồm từ trường bình thường có nguồn gốc sâu bên trong Trái
đất và trường dị thường tạo bởi các nguồn nằm trong vỏ Trái đất và lớp bao cứng
của lớp manti.
Kết quả chính của việc nghiên cứu từ trường bình thường lãnh thổ Việt Nam
là tập bản đồ Atlas quốc gia về địa từ niên đại 1975.5. Đây là tập bản đồ địa từ đầu
tiên của Việt Nam, cung cấp đặc trưng chung của từ trường Trái đất trên toàn lãnh
thổ, làm cơ sở cho việc đánh giá trường dị thường từ, nghiên cứu cấu trúc địa chất,
tìm kiếm các nguồn tài nguyên khoáng sản.
Ngoài ra, mạng lưới đo từ lặp của Việt Nam từ khi được xây dựng vào năm
1991 đến nay đã thực hiện được ba đợt đo từ chuẩn, giúp xây dựng được ba tập bản
đồ từ trường bình thường cho toàn lãnh thổ các niên đại 1991.5, 1997.5 và 2003.5,
đem lại những đặc trưng điển hình nhất của từ trường bình thường lãnh thổ Việt
Nam. Đó là độ từ thiên là âm trên toàn lãnh thổ, có giá trị tuyệt đối nói chung nhỏ
hơn 1o
, thành phần thẳng đứng có grandient dọc theo kinh tuyến lớn, lên đến hơn 16
nT/km, và dị thường từ lớn Nam Á tại vùng vịnh Thái Lan được thể hiện trong
thành phần nằm ngang.
1.3.3. Biến thiên thế kỷ của từ trường Trái đất:
Bên cạnh việc nghiên cứu từ trường bình thường là nghiên cứu biến thiên thế
kỷ. Việc nghiên cứu biến thiên thế kỷ ở Việt Nam cũng đã thu được kết quả quan
trọng nhất là xây dựng thành công tập hợp các mô hình biến thiên thế kỷ lãnh thổ
Việt Nam tương ứng cho các thời kỳ 1991-1997, 1997-2003 cùng với các đặc
trưng của chúng, trong đó đặc biệt là biến thiên thế kỷ thành phần thẳng đứng Z
trên toàn lãnh thổ có giá trị rất cao, lên đến 50-60 nT/năm. Đây là lần đầu tiên Việt
Nam có một tập hợp đầy đủ các mô hình biến thiên thế kỷ với độ chính xác cao
trên toàn lãnh thổ.

1.3.4. Bão từ:
Theo thống kê qua 5 chu trình hoạt động mặt trời (mỗi chu trình là 11 năm),
trung bình số bão từ ghi nhận được ở Việt Nam vào những năm mặt trời hoạt động
mạnh đạt đến 40 – 45 trận/năm, trong khi con số này chỉ đạt 12 – 18 trận/năm vào
những năm mặt trời yên tĩnh. Đồng thời, các trận bão từ lớn ở Việt Nam cũng được
ghi nhận vào các năm mặt trời hoạt động mạnh, tập trung xung quanh các năm
1957, 1968, 1979, 1989, và gần đây nhất là năm 2001. Theo quy luật đó đến năm
2012 – 2013, chu trình mặt trời hoạt động mạnh lần thứ 24 bão từ sẽ xảy ra nhiều
và rất mạnh. Ngoài ra, các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng ở Việt Nam biên độ bão từ
bắt đầu bất ngờ xuất hiện vào ban đêm giảm dần từ Bắc vào Nam, ngược lại chúng
tăng dần từ Bắc vào Nam đối với bão từ xuất hiện ban ngày.
1.3.5. Nghiên cứu từ trường ứng dụng:
Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu trên, các nhà khoa học cũng đồng thời tiến
hành các nghiên cứu địa từ ứng dụng như tác động của bão từ đối với hệ thống
truyền tải điện, hệ thống ống dẫn dầu khí…
Với quy trình công nghệ thiết lập hệ máy ghi chính xác dòng điện cảm ứng
chạy qua đường dây trung tính của trạm biến áp 500-220 kV khi có bão từ xuất
hiện, các nhà nghiên cứu đã xác định được độ dẫn biểu kiến của vùng đất nơi có
trạm biến áp σ = 1,3x10-3
Ω-1
m-1
cho vùng Hòa Bình, cũng như đã xây dựng được
mô hình dòng điện cảm ứng lý thuyết từ số liệu biến thiên từ gần vùng nghiên cứu.
Bên cạnh đó, với công nghệ ghi điện thế ống - đất lắp đặt tại đường ống dẫn
khí tại Trạm phân phối khí Bà Rịa, các nhà khoa học đã chỉ ra rằng tần suất xuất
hiện của các giá trị điện thế ống - đất trong năm 2004 là có đến hàng trăm nghìn giá
trị > 1,3V về giá trị tuyệt đối, trong đó có hàng nghìn giá trị >1,4V, hàng trăm giá
trị đến >1,5V, hàng chục giá trị >1,7V (1,3V là giá trị an toàn của hệ thống). Các
kết quả này được áp dụng để dự báo sự xuất hiện nguy hiểm của dòng điện cảm ứng
đối với các máy biến áp 500-220 kV, hệ thống đường dây dẫn dài khác, cũng như
cảnh báo sự gia tăng ăn mòn của đường ống dẫn dầu khí khi có bão từ xảy ra.

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU DỤNG CỤ
2.1. Phần mềm CASSY Lab:
2.1.1. Giới thiệu:
Phần mềm CASSY Lab hỗ trợ cho nhiều modul CASSY (sensor CASSY,
Power CASSY và CASSY Display) tại giao diện nối tiếp của máy tính.
Dùng phần mềm này để thực hiện các thao tác đo đạc một cách dễ dàng và
nhanh chóng. Người sử dụng có thể:
- Truy cập trực tiếp các thông tin trong chương trình bằng cách kích chuột.
- Thực hiện tìm kiếm theo tên bài.
- Tải các thí nghiệm và điều chỉnh các thí nghiệm.
CASSY Lab có thể được cài đặt tự động sau khi cho CD-Rom vào hoặc bằng
tay thông qua kích hoạt autorun.exe theo các hướng dẫn xuất hiện trên màn hình.
Hình 2.1. Đĩa phần mềm CASSY Lab.
Trong trường hợp lần đầu tiên sử dụng CASSY hoặc các thiết bị khác, phần
mềm CASSY Lab giúp người sử dụng xác định cổng giao diện (Com 1→Com 4)
và lưu lại phần mặc định chương trình.

Khi khởi động CASSY Lab lần đầu tiên, người sử dụng cần nhập tên và mật
mã của nó.
Name: Educational equipment victory company
Code: uvip9mc5grwf433avy9pwbms
Khi kết nối thiết bị CASSY vào máy tính thì phần mềm tự động nhận diện
thiết bị và hiện thị hộp thoại cài đặt. Các đại lượng cần đo sẽ được nhận diện tự
động hoặc do người sử dụng thiết lập.
2.1.2. Vài điều cần biết về giao diện của phần mềm CASSY:
Khi phần mềm tiếp nhận một hoặc nhiều thiết bị CASSY hộp thoại cài đặt
CASSY (F5) sẽ hiển thị cấu hình hiện tại (bao gồm tất cả các hộp cảm biến được
kết nối). Để thực hiện một phép đo, kích chuột vào đầu vào hoặc đầu ra tương ứng
①.
Hình 2.2. Bảng kiểm tra thiết bị CASSY.

Đầu vào hoặc đầu ra đã kích hoạt sẽ được đánh dấu bằng màu và đặt lên vị trí các
nút tốc độ ② ở trên cùng bên phải cửa sổ (ở đây là IA1 và UB1). Những nút này
dùng để hiển thị và đóng cửa sổ ③ (dùng chuột trái) hoặc thay đổi cài đặt (dùng
chuột phải). Hơn nữa, các đại lượng này được tự động xuất hiện trên bảng ⑤ và
trên đồ thị ⑥.
Hình 2.3. Giao diện của phần mềm CASSY Lab.
Trên hình 2.3, các số trong khung tròn màu vàng có các ý nghĩa sau:
②: Vị trí các nút quản lý cửa sổ của các đại lượng cần đo. Có thể tắt mở các
cửa sổ đo lường (dùng chuột trái) hoặc thay đổi các thông số của các đại lượng đo
lường (dùng chuột phải).
③: Đây là cửa sổ hiển thị giá trị của các đại lượng cần đo. Có thể thay đổi
các thông số của các đại lượng cần đo bằng cách nhấp chuột phải vào các cửa sổ
này.

④: Vị trí các thẻ (mỗi thẻ có thể có từ một hoặc nhiều đại lượng đo tùy vào
cài đặt của người sử dụng). khi phần mềm tự nhận diện thiết bị CASSY, các đại
lượng đo tự động sẽ được cho vào thẻ Standard (trên hình là UB1/V và IA1/A).
⑤: Khung hiển thị các giá trị được ghi lại, tại đây có thể có thêm giá trị hay
sửa đổi giá trị của các đại lượng cần đo.
⑥: Khung hiển thị biểu đồ bao gồm các điểm giá trị và đồ thị.
⑦: Hiển thị thước đo của trục tọa độ, có thể thay đổi giá trị cao nhất và thấp
nhất của thước đo và có thể chuyển đổi các trục với nhau.
⑧: Hiển thị ký hiệu của các đại lượng có trong trục tọa độ, tại các thước đo
có thể dùng chuột kéo trục tọa độ qua lại hay lên xuống.
⑨: Vị trí các đường biên, tại đây có thể thay đổi độ rộng hẹp giữa khung
hiển thị giá trị và khung hiển thị biểu đồ.
 Các phím nóng có chức năng như nút tốc độ ② giúp ta sử dụng phần mềm
có hiệu quả hơn:
F4: Xóa phép đo hiện hành trong khi vẫn giữ lại các chế độ cài đặt hoặc
khi không có phép đo nào hiển thị thì xóa hết các chế độ cài đặt. Nhấp đúp nút này
sẽ xóa phép đo hiện hành với tất cả các cài đặt.
F3: Mở các phép đo với các điều kiện cài đặt và phần đánh giá.
F2: Lưu dãy đo kèm theo các điều kiện và đánh giá. Có thể chỉ lưu điều
kiện cài đặt (không lưu trữ lượng đo) để có thể lặp lại thí nghiệm sau đó.
In ra bảng hoặc biểu đồ đang chọn.

F9: Bắt đầu hoặc kết thúc phép đo. Ngoài ra còn có thể dừng phép đo
tự động bằng việc cài đặt thời gian đo.
F5: Thay đổi các điều kiện cài đặt hiện hành (như thiết bị CASSY/
tham số/ công thức/ FFT/ hiện thị/ chú thích/ giao diện).
F6: Tắt hoặc bật hiện thị thông tin đường trạng thái. (Khi Fit hàm thì
các giá trị của hàm sẽ được hiển thị ở đây).
F1: Mở file hướng dẫn sử dụng.
Hiển thị phiên bản của phần mềm và nhập mã.
F7: Đóng hoặc mở lại toàn bộ thiết bị hiển thị.
2.2. Cảm biến CASSY:
2.2.1. Công dụng:
- Là một thiết bị giao diện nối tiếp dùng để ghi dữ liệu đo, có hai đầu vào cô
lập A và B, hai đầu này có thể sử dụng đồng thời hoặc riêng biệt để ghi lại
các giá trị điện áp cũng như các đại lượng khác.
- Dùng để kết nối với giao diện của một máy tính có hệ điều hành Windows
98/2000/XP, modul CASSY khác hoặc CASSY Display.

- Có thể tự động phát hiện hộp cảm biến bằng phần mềm CASSY Lab. Đại
lượng và thang đo có thể đo được phụ thuộc vào hộp cảm biến được kết nối
với nó.
Hình 2.4. Cảm biến CASSY.
2.2.2. Thông số kỹ thuật:
 Điện áp vào đầu A và B (lỗ cắm tròn 4 mm):
- Khoảng đo : ± 0,3/ 1/ 3/ 10/ 30/ 100 V.
- Sai số đo: ± 1% cộng với 0,5% của dãy đo cuối.
- Điện trở vào: 1 MΩ.
 Dòng điện vào đầu A (lỗ cắm tròn 4 mm):
- Khoảng đo: ± 0,1/ 0,3/ 1/ 3 A.
- Sai số đo: sai số điện áp cộng với 1%.
- Điện trở vào: < 0,5 MΩ (ngoại trừ trường hợp quá tải).
 Các hộp cảm biến được kết nối ở đầu A và B:
- Khoảng đo : ± 0,003/ 0,01/ 0,03/ 0,1/ 0,3 V.
- Điện trở vào: 10 kΩ.
- Kích thước: 115 mm × 295 mm × 45 mm.
- Khối lượng: 1 kg.

Thông số kỹ thuật có thể thay đổi phụ thuộc vào thiết bị cảm biến kết nối với
nó. Trong trường hợp này, phần mềm CASSY Lab tự động nhận diện đại lượng
được đo lường có thể có và các dãy đo khi gắn hộp cảm biến vào.
 Lưu ý:
- Không được kết nối CASSY với điện áp trên 100 V.
- Chỉ dùng nguồn 12V/1,6 A cho modul CASSY.
2.3. Hộp 𝛍𝐕:
Hình 2.5. Hộp 𝜇𝑉
- Dùng đo hiệu điện thế rất nhỏ (chẳng hạn trong cặp nhiệt điện, trong cuộn
dây cảm ứng) kết hợp với cảm biến CASSY.
- Khoảng đo: ± 1/ 3/ 10/ 30/ 100 mV.
- Sai số đo: ± 2%.
- Điện trở vào: 100 kΩ.
- Hiệu điện thế cực đại: 100 V.
- Lỗ kết nối: 4 mm.
- Kích thước: 42 mm × 92 mm × 30 mm.
- Khối lượng: 100 g.
2.4. Cặp cuộn dây Helmholtz:

- Dùng tạo ra một từ trường đều. Các vòng dây được gắn vào thanh đặt thẳng
đứng trên một vật đỡ.
Hình 2.6. Cặp cuộn dây Hemholtz.
- Số vòng dây: 320 vòng.
- Điện trở khoảng 6 Ω.
- Cường độ dòng điện: 1 A.
- Đường kính cuộn dây: 13,5 cm.
- Thanh đứng 130 mm × 10 mm.
2.5. Dây nối:
Hình 2.7. Dây nối.
- Dùng cho những mạch điện có hiệu điện thế thấp ở bên ngoài; là những dây
nối PVC mềm dẻo, phích cắm có các lỗ quanh trục cách điện hoàn toàn.

- Phích và lỗ cắm: đường kính 4 mm (mạ nikel).
- Phần nối với vật dẫn: 2,5 mm2
.
- Dòng điện cực đại: 32 A.
- Điện trở tiếp xúc: 1,8 mΩ.
- Chiều dài : 200 cm.
2.6. Động cơ và bộ điều khiển động cơ:
2.6.1. Chú ý an toàn:
- Điều khiển động cơ điện chuẩn chỉ thông qua bộ điều khiển động cơ.
- Không chạm vào bất kỳ bộ phận quay nào của động cơ và bất kỳ bộ phận
chuyển động nào của thiết bị thí nghiệm.
- Dùng vỏ bảo vệ ⑧ bọc ròng rọc ⑤ và trục truyền động ⑥ khi sử dụng động
cơ gần các thiết bị khác.
- Kẹp chặt ròng rọc ⑫ và các bộ phận quay khác vào bàn cặp bằng cờ lê ⑮.
- Nếu tóc dài thì nên buộc lại.
2.6.2. Mô tả, thông số kỹ thuật:
2.6.2.1. Động cơ thí nghiệm:
Hình 2.8. Động cơ thí nghiệm.

① Khối động cơ (8 cm × 8 cm × 11,5 cm), dùng như một chân đế đứng, lắp
vào một giá đỡ, tùy thuộc vào điều kiện thí nghiệm.
② Lỗ để lắp bàn cặp.
③ Lỗ (đường kính 15 mm) để gắn động cơ vào thanh thẳng đứng (đường
kính 14 mm), cố định bằng một đinh ốc kẹp chặt ⑩.
④ Động cơ, có thể quay cùng chiều hoặc ngược chiều kim đồng hồ, với các
nam châm vĩnh cửu, có thể quay 360o
trong khối động cơ đồng thời với sự truyền
động của bánh răng khi đinh ốc ⑪ được nới lỏng, có thể khóa lại theo các khoảng
45o
. Chiều quay có thể điều chỉnh bằng nút chuyển (21) của bộ điều khiển động
cơ.
⑤, ⑥ Thiết bị truyền động qua trục động cơ ⑥ và ròng rọc ⑤, đường kính
40 mm.
Momen quay: 10 Ncm.
Momen quay lấy đà: 25 Ncm.
Tốc độ quay 5000 vòng/ phút.
Tốc độ quay có thể được điều chỉnh bằng nút điều chỉnh (22) của bộ điều
khiển động cơ.
⑦ Phích cắm nhiều chân với dây cáp để kết nối động cơ với ổ cắm nhiều lỗ
⑲ của bộ điều khiển.
⑧ Vỏ bảo vệ cho ⑤ và ⑥.
⑨ Các lỗ có ren.

⑩ Đinh vít phù hợp với các lỗ ren ⑨ để gắn khối động cơ với thanh thẳng
(đường kính lớn nhất 14 mm).
⑪ Đinh vít dùng để khóa động cơ và bánh răng trong khối động cơ.
⑫ 3 loại ròng rọc phù hợp với bàn cặp của chỗ gá lắp. Các đường rãnh của
ròng rọc có đường kính 12 mm, 40 mm và 90 mm.
⑬ Thiết bị truyền động qua bánh răng với bàn cặp đồng tâm, cố định, khẩu
độ từ 1,5 mm tới 13 mm.
Tốc độ 500 vòng/ phút ở trục bánh răng, 5000 vòng/ phút ở trục động cơ.
Tốc độ quay có thể điều chỉnh được bằng nút điều chỉnh (22) của bộ điều
khiển động cơ.
Bàn cặp có thể quay 360o
khi nới lỏng đinh vít , có thể khóa laị theo các
khoảng 45o
.
⑭ Lỗ cho cờ lê ⑮.
⑮ Cờ lê, phù hợp với lỗ ⑭, dùng để kẹp các dụng cụ thí nghiệm vào mâm
cặp đồng tâm.
⑯ Bàn cặp, lắp vào lỗ ②.
⑰ Vòng tròn.
⑱ Dây cua-roa.
- Thông qua bộ điều khiển động cơ, kết nối 230 V, 50/ 60 Hz.
- Công suất điện tiêu thụ cực đại: 120 W.
- Công suất cơ cung cấp: khoảng 75 W ở trục động cơ, khoảng 55 W ở trục
bánh răng.
- Kích thước: 23 cm × 15 cm × 11 cm.

- Khối lượng: 4 kg.
2.6.2.2. Bộ điều khiển động cơ:
Hình 2.9. Bộ điều khiển động cơ.
⑲ Ổ cắm nhiều lỗ nối với động cơ thí nghiệm bởi phích cắm nhiều chân.
⑳ Bật/ tắt công tắt với đèn chỉ thị.
(21) Núm điều chỉnh hướng quay lần lượt: theo cùng chiều kim đồng hồ, dừng lại,
quay ngược chiều kim đồng hồ.
(22) Núm điều chỉnh tốc độ.
(23) Bảo vệ quá tải nhiệt, tắt động cơ khi quá tải (cao hơn 0,8 A).
(24) Dây cáp chính.
(25) Ổ cắm có cầu chì, giới hạn nổ 1,6 A.
Nguồn điện cung cấp: 230 V, 50/ 60 Hz.
Kích thước: 8 cm × 19 cm × 5,5 cm.

Khối lượng: 1,1 kg.
2.6.3. Cách hoạt động:
Hình 2.10. Lắp động cơ vào bàn.
- Đặt động cơ thí nghiệm ở trên bàn (dùng bàn cặp) hoặc lắp vào vật làm giá đỡ,
tùy thuộc vào điều kiện làm thí nghiệm.
- Sắp trục của bánh răng ⑬ theo yêu cầu thí nghiệm và siết chặt đinh vít ⑪.
- Kẹp dụng cụ thí nghiệm vào trong mâm cặp đồng tâm của bánh răng ⑬ hoặc
truyền chuyển động cho nó thông qua dây cua-roa.
- Lắp đặt dụng cụ thí nghiệm hoặc dây cua-roa ⑫ một cách cẩn thẩn theo hình
2.10, dùng cờ lê ⑮.
- Gắn phích cắm nhiều chân ⑦ vào ổ cắm ⑲ và giữ chặt lại bằng cách dùng
vòng nối của ⑦.
- Bật bộ điều khiển bằng công tắc ⑳, chỉnh núm (21) về vị trí O và vặn núm điều
chỉnh (22) ngược chiều kim đồng hồ đến vị trí có thể (sao cho tốc độ ban đầu
của động cơ bằng 0).

- Chỉnh tốc độ và chiều quay bằng núm (21) và (22).
- Mọi sự thay đổi về chiều quay hoặc bất kỳ sự ngừng hoạt động nào mà không
thay đổi tốc độ phải được thực hiện thông qua nút (21).
- Nếu bộ phận quá tải nhiệt (23) phản ứng, để dụng cụ nguội đi trong vài phút
trước khi ấn chốt an toàn màu đỏ trở lại.
- Khi sử dụng momen quay lớn hơn 0,6 Nm (trên trục bánh răng), ngừng hoạt
động động cơ sau vài phút bằng nút (21) để tránh nóng lên quá mức.
2.7. Cục biến thế:
- Cuộn sơ cấp: 230 V AC, 50/60 Hz.
- Cuộn thứ cấp: 12 V AC, 20VA.
- Kết nối với ổ cắm.
Hình 2.11. Cục biến thế:
2.8. La bàn:

Hình 2.12. La bàn
- Gồm một kim nam châm gắn với một vòng tròn chia độ gắn vào một giá đỡ.
- Mặt phẳng chứa kim nam châm có thể thay đổi bằng cách xoay trục của vòng
tròn.
- Khi đặt trong mặt phẳng ngang, kim nam châm định hướng theo phương bắc
nam của từ trường địa phương. Khi đặt trong mặt phẳng thẳng đứng song song
với hướng của kim nam châm khi đặt trong mặt phẳng ngang, góc giữa kim và
đường nằm ngang là độ từ khuynh.

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM
3.1. Mục đích thí nghiệm:
- Xác định các thành phần của từ trường Trái đất, từ đó tính từ trường tổng hợp.
- Xác định góc từ khuynh của từ trường Trái đất.
3.2. Nguyên lý:
Khi một cuộn dây quay với vận tốc góc không đổi 𝜔 quanh một trục trùng
với đường kính của nó trong một từ trường đều có cảm ứng từ 𝐵�⃗ vuông góc với trục
quay, từ thông qua diện tích giới hạn bởi cuộn dây xác định bởi:
Φ = 𝜋. 𝑅2
. 𝑁. 𝐵 . cos(𝜔𝑡) (3.1)
Với
• 𝜔: vận tốc góc
• 𝑅: bán kính của cuộn dây
• 𝑁: số vòng của cuộn dây
• 𝐵: cảm ứng từ
Vì từ thông qua cuộn dây biến thiên theo thời gian nên trong cuộn dây xuất
hiện một suất điện động cảm ứng u được xác định bởi:
𝑢 = −
𝑑Φ
𝑑𝑡
= 𝑈. sin( 𝜔𝑡) (3.2)
Với 𝑈 = 𝜋. 𝑅2
. 𝑁. 𝐵. 𝜔 (3.3)
U: giá trị cực đại của suất điện động xoay chiều cảm ứng.
𝑇ℎế 𝜔 =
2.𝜋
𝑇
𝑣à𝑜 (3.3), ta có:
𝑈 =
2. 𝜋2
. 𝑁. 𝑅2
𝑇
∙ 𝐵 = 𝑎. 𝐵 (3.4)

đO từ trường trái đất

đO từ trường trái đất

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to đO từ trường trái đất

Similar to đO từ trường trái đất (20)

More from NOT

More from NOT (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (19)

đO từ trường trái đất