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Beobachtungen:

Erdmagnetfeld



Einheiten für die Stärke des Magnetfeldes (magnetische Flußdichte): 
            Einheit 1 Tesla = 10 000 Gauss
Der Vektor des Feldes zeigt in unseren Breiten schräg nach unten. Er läßt sich mit einer Horizontal- und einer Vertikalkompente beschreiben.
Die Vertikalkomponente hat in Mitteleuropa etwa einen Wert von 44 μT   oder 44 000 nT, die Horizontalkomponente ist mit
rund 20 μT etwas kleiner und zeigt parallel zur Erdoberfläche in Richtung der magnetischen Pole unserer Erde (Nord- und Südpol).

Früher hat man das Erdmagnetfeld mit der Einheit Gauss gemessen. 1/100 000 Gauss bezeichnete man mit 1 Gamma,
            so daß also 1 nT  = 1 Gamma entspricht.
Im cgs-System haben das Magnetfeld H und die magnetische Induktionsflußdichte B gleiche Zahlenwerte,
            so daß das Magnetfeld von 1 Örsted  einer magnetischen Induktionsflußdichte von 1 Gauss entspricht.
            Die Vertikalkomponente des Erdfeldes ist dann etwa 0,44 Gauss

Die seitliche Ausrichtung der Kompaßnadel zum geografischen Nordpol (Mißweisung) nennt man Deklination,
die zur Horizontalen Inklination.

Im Laufe der Zeit hat sich die Lage der magnetischen Pole unserer Erde verändert. Beispielsweise zeigen historische Karten des Bergbaus Mißweisungen von etwa 20 Grad an. Für die genaue Vermessung untertage gab es in Clausthal zum Ende des 19. Jahrhunderts übertage eine automatische Registrierungseinrichtung für die Deklination. Aus beiden Angaben ließ sich eine untertägig mit einem Kompaß aufgenommene Richtung um den Einfluß der Deklination korrigieren.
(Otto Brathuhn, Das selbstschreibende Declinatorium in Clausthal, Zeitschrift für Berg- Hütten- und Salinenwesen, 1890, S. 223)

Wie der Verlauf des Magnetfeldes sich in größeren Zeiträumen geändert hat, können wir aus der Magnetisierungsrichtung von Gesteinen erfahren, die bei ihrer Entstehung die aktuelle Richtung des Erdfeldes "gespeichert" haben. 

Innerhalb von Gebäuden mit Stahlbeton kommt es häufig zu starken Einflüssen auf die Ausrichtung des Feldes:
beispielsweise starke Abschwächung und möglicherweise auch Umpolung der Richtung.

In der Geophysik mißt man die Stärke des Feldes mit Protonenmagnetometern, die richtungsunabhängig den Gesamtwert bestimmen. magnetresonanz 
Andere Magnetfeldsonden (wie etwa Hallsonden... ) sind richtungsabhängig und müssen daher exakt ausgerichtet werden, wenn man lokale Änderungen feststellen möchte. Sie können immer nur in einer Richtung zur Zeit messen.
Hilfreich kann dabei eine Pendelkonstruktion sein: die Schwerkraft der Erde zieht den Sensor, wenn er an einem Faden (Kabel) hängt, immer senkrecht nach unten. So läßt sich die Vertikalintensität auf einfache Weise ermitteln. Zur Bestimmung der Horizontalintensität braucht man eine exakte horizontale Ausrichtung (Drehteller mit Wasserwaage). Der Gesamtwert ergibt sich dann nach dem Satz von Pythagoras.


Hochempfindliche Magnetometer nutzen die Archäologen aus, um schon vor einer Grabung Hinweise auf Siedlungsspuren zu erhalten.    Geomagnetische Messungen: http://de.wikipedia.org/wiki/Prospektion_(Arch%C3%A4ologie) 

Beim Erdmagnetfeld sind tägliche Schwankungen zu beobachten. Es gibt nahezu periodische Änderungen.


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Ab. 01: Magenteisenerz schwimmt in einer Schüssel auf dem Wasser. Es richtet sich nach den Polen des Erdmagnetfeldes aus. Die Magnetisierung des Steins ist nicht parallel zu seiner Längsachse ausgerichtet.
  s.a. schluesselexperiment 

/Peregrinus 1269/ Seite 8
"CHAPTER V
HOW TO DISCOVER THE POLES OF A LODESTONE AND HOW TO TELL WHICH IS NORTH AND WHICH SOUTH
The poles of a lodestone having been located in a general way, you will determine which is north and which south in the following manner : Take a wooden vessel rounded like a platter or dish, and in it place the stone in such a way that the two poles will be equidistant from the edge of the vessel ; then place the dish in another and larger vessel full of water, so that the stone in the first-mentioned dish may be like a sailor in a boat. The second vessel should be of considerable size so that the first may resemble a ship floating in a river or on the sea. I insist upon the larger size of the second vessel in order that the natural tendency of the lodestone may not be impeded by contact of one vessel against the sides of the other. When the stone has been thus placed, it will turn the dish round until the north pole lies in the direction of the north pole of the heavens, and the south pole of the stone points to the south pole of the heavens. Even if the stone be moved a thousand times away from its position, it will return thereto a thousand times, as by natural instinct. Since the north and south parts of the heavens are known, these same points will then be easily recognized in the stone because each part of the lodestone will turn to the corresponding one of the heavens."

   (FB)
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Abb. 01a: 
CHAPTER I
THE CONSTRUCTION OF AN INSTRUMENT FOR MEASURING THE AZIMUTH OF THE SUN, THE MOON OR ANY STAR ON THE HORIZON

aus /Peregrinus 1269/ Seite 25
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Abb. 01b: Diopter mit Kompass, mit Peilvorrichtung zur Vermessung, Oberharzer Bergwerksmuseum (FB)
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Abb. 02: Tagesverlauf der Richtung der Kompaßnadel (Deklination) in Clausthal im Jahre 1889 (Otto Brathuhn, 1890)
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Abb. 03: Richtung der Kompaßnadel (Deklination) in den Jahren 1660 bis 1950 für Freiberg (K. Neubert, S.63, Plan- und Risskunde, Freiberg 1958)
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Abb. 04: Erdinduktor. (nach Gauss und Weber, Nachbau 1908) Eine große Spule wird im Erdfeld gedreht. Bei jeder halben Umdrehung wird eine Spannung induziert. Die Fläche unter der Kurve "Spannung gegen Zeit" ist ein Maß für die Stärke des umgebenden Magnetfeldes.
Zur Anzeige benutzte man ein träges (ballistisches) Galvanometer mit Lichtzeiger, dessen Schwingungszeiten etwa bei 30 Sekunden eingestellt waren. felder.htm#galvanometer

Die Vor- und Nachteile der unterschiedlichen Meßmethoden zur Bestimmung der Intensität des Erdfeldes beschreibt Wilhelm Weber 1838
   Weber, W. Das Inductions-Inclinatorium, Annalen der Physik Vol 119/3 (1838) 493-511

Mit der "Zurückwerfungsmethode" nach Gauss (s. Kohlrausch, Lehrbuch der Praktischen Physik 1910, S.512) erhält man bei jeder Bewegung reproduzierbare Werte, ohne die vorherige Schwingung berücksichtigen zu müssen.

Die Spule ist über Schleifringe mit den Kontakten am Rahmen verbunden. Ein mangelhafter Übergangswiderstand kann die Messung stark beeinflussen.(FB)
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Abb. 04a: Erdinduktor in der Physik der Universität Halle. (FB)
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Abb. 04b: Die drehbar gelagerte Spule ist elektrisch nicht über Schleifringe sondern über aufwickelbare Metallbänder mit den Anschlüssen am Rahmen verbunden. Zwei Anschläge sorgen dafür, daß man mit der Handkurbel jeweils 180-Grad-Bewegungen durchgeführen kann.
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Abb. 04c: Erdinduktor, die Spule (8) wird über eine flexible Welle (13) (Handgriff vorne rechts) angetrieben.
Über Teilkreise (3) und (4) mit Mikroskopen (5) läßt sich die Winkelstellung der Drehachse sehr genau ablesen und einstellen. Eine Libelle (12) sorgt für die Horizontierung. Zur groben Ausrichtung dient eine Kompaßnadel (11)
Carl Bamberg, Berlin-Friedenau  https://de.wikipedia.org/wiki/Carl_Bamberg       (Meyers Lexikon 1925)
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Abb. 05: Inklinometer, austarierte Magnetnadel mit horizontaler Achse, bestimmt die Neigung des Erdmagnetfeldes  (FB)
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Abb. 06: Modell, zeigt den räumlichen Feldverlauf eines Stabmagneten (FB)
imm_3820_m.jpg   imm_3822_m.jpg
Abb. 07: Feldlinien des Erdmagnetfeldes (FB)
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Abb. 08: Tägliche Variation des Erdmagnetfeldes Juni 1967 in Fürstenfeldbruck.
Daten übernommen aus  /Wienert -1970/ (FB)
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Abb. 09: Deklination des Erdmagnetfeldes, Mißweisung. 1968 /Wienert -1970/+
aktuellere Daten:
http://www.ngdc.noaa.gov/geomag/WMM/data/WMM2010/WMM2010_D_MERC.pdf
Maus, S., S. Macmillan, S. McLean, B. Hamilton, A. Thomson, M. Nair, and C. Rollins, 2010, The US/UK World Magnetic Model for 2010-2015, NOAA Technical Report NESDIS/NGDC.

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Abb. 10: totale Intensität des Erdmagnetfeldes, Werte in der Einheit Gamma
(Wurzel aus (Int.horizontal)² plus (Int.vertikal)²  )
/Wienert -1970/

aktuellere Daten:
http://www.ngdc.noaa.gov/geomag/WMM/data/WMM2010/WMM2010_F_MERC.pdf
Maus, S., S. Macmillan, S. McLean, B. Hamilton, A. Thomson, M. Nair, and C. Rollins, 2010, The US/UK World Magnetic Model for 2010-2015, NOAA Technical Report NESDIS/NGDC.
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Abb. 11: Horizontale Intensität des Erdmagnetfeldes in Gamma  /Wienert -1970/
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Abb. 12: Täglicher Verlauf der Magnetfeldintensitäten in einem Sonnenflecken-armen Jahr als Funktion der geografischen Breite, Maßstab rechts in Gamma /Wienert -1970/

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Abb. 13: Veränderung der Stärke des Erdmagnetfeldes, gerechnete Angaben für Clausthal-Zellerfeld
von 1900 bis 2010. Blau: Totale Intensität, rot: vertikale Komponente. 
Grün: jährliche Differenz
Daten von      http://www.ngdc.noaa.gov/geomagmodels/struts/calcIGRFWMM

Das Erdmagnetfeld nimmt seit 1930 stetig zu.
   (FB)

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Abb. 14: Veränderung der Nordrichtung, (Deklination) von 1900 bis 2010   (FB)


weitere aktuelle Magnetfelddaten gibt es auch aus Potsdam 

Aus den jährlichen Zusammenstellungen ergibt sich die Aussage, daß das Magnetfeld seit Jahren ständig zunimmt.

Änderung von 47941.8 - 48453.8  = 512 nT in 15 Jahren bei Gesamtfeld von 48000 nT 
entspricht einer Zunahme 34 nT oder von 0.07 Prozent pro Jahr


Jahr Mittelwert Deklination/Min Deklination / °
2001 47833 66.2 1.10
2002 47868 71.7 1.20
2003      
2004 47941.8 83.8 1.40
2005 47973.7 89.7 1.50
2006 48001.1 95.5 1.59
2007 48030.1 101.8 1.70
2008 48059.4 108.5 1.81
2009 48086.2 116.0 1.93
2010 48115.5 124.3 2.07
2011 48145.2 132.4 2.21
2012 48175.8 140.9 2.35
2013 48204.1 148.8 2.48
2014 48231.8 156.6 2.61
2015 48272.2 165.0 2.75
2016 48310.5 173.3 2.89
2017 48354.1 182.5 3.04
2018 48401.9 192.0 3.20
2019 48453.8 201.5 3.36


http://www.geophysik.uni-muenchen.de/observatory/geomagnetism/yearly-magnetograms/?year=2010&month=None

erdmagnetfeld-2004-2019-001.jpg
Abb. 15:Jährlicher Mittelwert der Erdmagnetfeldes und der Deklination bei München.
Daten von 
 http://www.geophysik.uni-muenchen.de/observatory/geomagnetism/yearly-magnetograms/


Die Ausgleichsgerade zeigt: Das Erdmagnetfeld steigt jährlich um 32 nT an.   (FB)



  siehe magnetfeld-anregung.htm




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