ŽEMĖS MAGNETINIS LAUKAS: KILMĖ, CHARAKTERISTIKOS, FUNKCIJA - FIZINIS - 2024

Į Žemės magnetinis laukas yra magnetinis efektas, kad Žemė daro ir kuri tęsiasi nuo jo vidų šimtus kilometrų ploto. Tai labai panašu į tą, kurį gamina juostinis magnetas. Šią idėją XVII amžiuje pasiūlė anglų mokslininkas Williamas Gilbertas, kuris taip pat pastebėjo, kad neįmanoma atskirti magneto polių.

1 paveiksle pavaizduotos Žemės magnetinio lauko linijos. Jie visada yra uždaryti, eina per vidų ir tęsiasi išorėje, sudarydami savotišką dangą.

1 pav. Žemės magnetinis laukas primena strypo magnetą. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Žemės magnetinio lauko kilmė vis dar yra paslaptis. Išorinė žemės šerdis, pagaminta iš ketaus, pati savaime negali sukurti lauko, nes temperatūra yra tokia, kad ji sunaikina magnetinę tvarką. Temperatūros riba yra žinoma kaip Curie temperatūra. Todėl neįmanoma, kad didelė magnetuotos medžiagos masė būtų atsakinga už lauką.

Atmesdami šią hipotezę, turime ieškoti lauko kilmės kitame reiškinyje: Žemės sukimasis. Dėl to išlydyta šerdis sukasi nevienodai, sukuriant dinamo efektą, kuriame skystis savaime sukuria magnetinį lauką.

Manoma, kad dinamo efektas yra astronominių objektų, pavyzdžiui, Saulės, magnetizmo priežastis. Tačiau iki šiol nežinoma, kodėl skystis sugeba taip elgtis ir kaip susidariusios elektros srovės sugeba išlikti.

charakteristikos

- Žemės magnetinis laukas yra trijų indėlių rezultatas: paties vidinio lauko, išorinio magnetinio lauko ir plutos magnetinių mineralų:

1. Vidinis laukas: jis panašus į magnetinio dipolio (magneto), esančio Žemės centre, ir jo indėlis yra apie 90%. Laiku ji kinta labai lėtai.
2. Išorinis laukas: atsiranda dėl saulės aktyvumo atmosferos sluoksniuose. Tai neatrodo kaip dipolis ir turi daugybę variantų: kasdien, per metus, magnetines audras ir dar daugiau.
3. Žemės plutoje esančios magnetinės uolienos, kurios taip pat sukuria savo lauką.

- Magnetinis laukas yra poliarizuotas, pateikdamas šiaurės ir pietų polius, kaip ir juostos magnetas.

- Kadangi priešingi poliai traukia vienas kitą, kompaso adata, kuri yra jo šiaurinis polius, visada nukreipta į geografinės šiaurės šiaurę, kur yra Žemės magneto pietinis polius.

- Magnetinio lauko kryptis vaizduojama uždarų linijų pavidalu, kurios palieka magnetinį pietus (magneto šiaurinis polius) ir įeina į magnetinę šiaurę (magneto pietinis polius).

- Magnetiniame šiaurėje ir taip pat magnetinėje pietinėje dalyje laukas yra statmenas žemės paviršiui, o pusiaujo metu laukas ganosi. (žr. 1 paveikslą)

- Lauko intensyvumas yra daug didesnis ties poliais nei ties pusiauju.

- Antžeminio dipolio ašis (1 pav.) Ir sukimosi ašis nėra suderintos. Tarp jų yra 11,2º poslinkis.

Geomagnetiniai elementai

Kadangi magnetinis laukas yra vektorius, Dekarto koordinačių sistema XYZ, kurios pradžia O, padeda nustatyti jo vietą.

2 pav. Geomagnetiniai elementai. Šaltinis: F. Zapata.

Bendras magnetinio lauko ar indukcijos intensyvumas yra B, o jo projekcijos ar komponentai: H horizontaliai ir Z vertikaliai. Juos sieja:

-D, magnetinio deklinacijos kampas, suformuotas tarp H ir geografinės šiaurės (X ašies), teigiamas rytų kryptimi ir neigiamas vakarų kryptimi.

-I, magnetinio polinkio kampas tarp B ir H, teigiamas, jei B yra žemiau horizontalės.

Kompaso adata bus nukreipta horizontalios lauko komponento H kryptimi. B ir H nustatyta plokštuma vadinama magnetiniu dienovidiniu, o ZX - geografiniu dienovidiniu.

Magnetinio lauko vektorius yra tiksliai nurodytas, jei žinomi trys iš šių dydžių, vadinamų geomagnetiniais elementais: B , H, D, I, X, Y, Z.

Funkcija

Čia yra keletas svarbiausių Žemės magnetinio lauko funkcijų:

-Žmonės šimtus metų naudojosi ja, norėdami orientuotis pagal kompasą.

- Atlieka apsauginę planetos funkciją, apgaubdamas ją ir nukreipdamas įkrautas daleles, kurias Saulė nuolat skleidžia.

-Nors Žemės magnetinis laukas (30 - 60 mikro Tesla) yra silpnas, palyginti su laboratorijoje esančiais, tačiau jis yra pakankamai stiprus, kad tam tikri gyvūnai jį naudoja orientuodamiesi. Taip daro ir migruojantys paukščiai, besislepiantys balandžiai, banginiai ir kai kurios žuvų mokyklos.

-Magnetometrija arba magnetinio lauko matavimas yra naudojami žvalgant mineralinius išteklius.

Šiauriniai ir pietiniai

Jie yra žinomi kaip šiauriniai arba pietiniai žibintai. Jie atsiranda platumose prie polių, kur magnetinis laukas yra beveik statmenas Žemės paviršiui ir daug intensyvesnis nei ties pusiauju.

3 paveikslas. Šiauriniai žibintai Aliaskoje. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Jų kilmė yra didelis krūvis dalelių, kurias Saulė siunčia nuolat. Lauko įstrigę žmonės dėl didesnio intensyvumo dažniausiai dreifuoja link polių. Ten jie naudojasi jonizuodami atmosferą, o proceso metu skleidžiama matoma šviesa.

Šiauriniai žibintai yra matomi Aliaskoje, Kanadoje ir šiaurės Europoje dėl magnetinio poliaus artumo. Bet dėl ​​to migracijos gali būti, kad laikui bėgant jie bus labiau matomi Rusijos šiaurės link.

Panašu, kad šiuo metu taip nėra, nes auros tiksliai nesilaiko nepaprastos magnetinės šiaurės pusės.

Magnetinis deklinacija ir naršymas

Navigacijai, ypač labai ilgose kelionėse, ypač svarbu žinoti magnetinį deklinaciją, kad būtų galima atlikti reikiamą pataisą ir rasti tikrąją šiaurę.

Tai pasiekiama žemėlapiais, nurodančiais vienodo deklinavimo linijas (izogonines), nes deklinacija labai skiriasi priklausomai nuo geografinės padėties. Taip yra dėl to, kad magnetinis laukas nuolat patiria vietinius svyravimus.

Daugybė ant kilimo ir tūpimo takų nupieštų krypčių laipsniais magnetinės šiaurės atžvilgiu, padalyta iš 10 ir suapvalinta.

Šiaurės vaikinai

Kiek painu, kaip gali pasirodyti, yra keletas šiaurės rūšių, apibrėžtų tam tikrais kriterijais. Taigi, mes galime rasti:

Magnetinė šiaurė yra taškas Žemėje, kur magnetinis laukas yra statmenas paviršiui. Ten kompasas nurodo, beje, jis nėra antipodinis (diametraliai priešingas) su magnetine pietų puse.

Geomagnetinė šiaurė - vieta, kur magnetinio dipolio ašis pakyla į paviršių (žr. 1 paveikslą). Kadangi Žemės magnetinis laukas yra šiek tiek sudėtingesnis nei dipolio lauko, šis taškas tiksliai nesutampa su magnetine šiaure.

Geografinė šiaurė , ten eina žemės sukimosi ašis.

Į šiaurę nuo Lamberto arba tinklelio yra taškas, kuriame susilieja žemėlapių dienovidiniai. Tai tiksliai nesutampa su tikra ar geografine šiaurine dalimi, nes sferinis Žemės paviršius yra iškreiptas, kai jis projektuojamas į plokštumą.

4 paveikslas. Įvairūs šiauriai ir jų vieta. Šaltinis: „Wikimedia Commons“. Kavita

Magnetinio lauko inversija

Yra mįslingas faktas: magnetiniai poliai gali pakeisti padėtį per keletą tūkstančių metų, ir tai vyksta šiuo metu. Iš tikrųjų, žinoma, kad tai įvyko 171 kartą anksčiau, per pastaruosius 17 milijonų metų.

Įrodymai randami uolienose, kylančiose iš plyšio Atlanto vandenyno viduryje. Jam pasirodžius, uola vėsta ir sukietėja, nustatydama šiuo metu išsaugotos Žemės įmagnetėjimo kryptį.

Tačiau kol kas nėra patenkinamo paaiškinimo, kodėl taip nutinka, taip pat nėra energijos šaltinio, reikalingo lauko apversimui.

Kaip jau buvo aptarta anksčiau, šiuo metu magnetinė šiaurė sparčiai juda Sibiro link, o pietūs taip pat juda, nors ir lėčiau.

Kai kurie ekspertai mano, kad dėl greito skystos geležies srauto, esančio šiek tiek žemiau Kanados, susilpnėja laukas. Tai taip pat gali būti magnetinio apsisukimo užuomazgos. Paskutinis tai įvyko prieš 700 000 metų.

Gali būti, kad dinamika, sukelianti žemės magnetizmą, kuriam laikui išsijungia arba savaime, arba dėl tam tikros išorinės intervencijos, tokios kaip, pavyzdžiui, kometos artėjimas, nors pastarosios įrodymų nėra.

Kai dinamo atsistato, magnetiniai poliai pasikeitė vietomis. Bet taip pat gali atsitikti taip, kad inversija nėra baigta, o laikina dipolio ašies variacija, kuri pagaliau grįš į pradinę padėtį.

Eksperimentas

Tai atliekama naudojant „Helmholtz“ ritinius: du vienodus ir koncentrinius apskritus ritinius, per kuriuos praeina vienodas srovės stipris. Ritinių magnetinis laukas sąveikauja su Žemės, sukuriant susidariusį magnetinį lauką.

5 pav. Žemės magnetinio lauko vertės nustatymo eksperimentas. Šaltinis: F. Zapata.

Ritinių viduje sukuriamas maždaug vienodas magnetinis laukas, kurio dydis yra:

-I yra srovės stipris

-μ _o yra vakuumo magnetinis pralaidumas

-R yra ritės spindulys

Procesas

Kompasu, įdėtu į ritės ašinę ašį, nustatykite antžeminio magnetinio lauko B _T kryptį .

-Oriente iš ričių ašį, kad būtų statmena B _T . Tokiu būdu lauke B _H generuoja kaip srovė praėjo, bus statmena B _T . Tokiu atveju:

6 pav. Gautas laukas yra tas, kurį žymės kompaso adata. Šaltinis: F. Zapata.

-B _H yra proporcingas srovei, pratekančiai per ritinius, kad B _H = kI, kur k yra konstanta, priklausanti nuo šių ritių geometrijos: spindulio ir posūkių skaičiaus. A matavimo srovė gali turėti B _H reikšmę . Taigi, kad:

Taigi:

- Į ritinius patenka įvairios srovės, o poros (I, tg θ) įrašomos į lentelę.

-I diagrama I vs. tg θ. Kadangi priklausomybė yra tiesinė, tikimės gauti liniją, kurios nuolydis m yra:

-Finally nuo tiesios - linija dera mažiausių kvadratų ar vaizdo koregavimas, jis vyksta, siekiant nustatyti B vertę _T .

Nuorodos

1. Žemės magnetinis laukas. Atkurta iš: web.ua.es
2. Navaros universiteto magnetohidrodinamikos grupė. Dinaminis efektas: istorija. Atkurta iš: fisica.unav.es.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fizika: žvilgsnis į pasaulį. 6-as sutrumpintas leidimas. „Cengage“ mokymasis.
4. POT. Žemės magnetinis laukas ir jo pokyčiai laike. Atkurta iš: image.gsfc.nasa.gov.
5. „NatGeo“. Žemės magnetinis šiaurės polius juda. Atkurta iš: ngenespanol.com.
6. Mokslinis amerikietis. Žemė turi daugiau nei vieną Šiaurės ašigalį. Atkurta iš: Scientificamerican.com.
7. Vikipedija. Geomagnetinis polius. Atkurta iš: en.wikipedia.org.