МАГНИТНОТО ПОЛЕ НА ЗЕМЯТА: ПРОИЗХОД, ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦИЯ - ФИЗИЧЕСКИ - 2026

В магнитното поле на Земята е най-магнитен ефект оказва, че Земята и която се простира от интериора на стотици километри в космоса. Той е много подобен на този, произведен от бар магнит. Тази идея е предложена от английския учен Уилям Гилбърт през 17 век, който също отбелязва, че не е възможно да се разделят полюсите на магнита.

Фигура 1 показва линиите на магнитното поле на Земята. Те винаги са затворени, минават през вътрешността и продължават от външната страна, образувайки един вид покритие.

Фигура 1. Магнитното поле на Земята прилича на магнитно поле. Източник: Wikimedia Commons.

Произходът на магнитното поле на Земята все още е загадка. Външната сърцевина на земята, направена от чугун, сама по себе си не може да произведе полето, тъй като температурата е такава, че разрушава магнитния ред. Температурният праг за това е известен като температура на Кюри. Следователно е невъзможно голяма маса от намагнетизиран материал да е отговорна за полето.

След като изключихме тази хипотеза, трябва да потърсим произхода на полето в друго явление: въртенето на Земята. Това кара разтопеното ядро ​​да се върти неравномерно, създавайки ефект на динамо, при който течност спонтанно генерира магнитно поле.

Смята се, че динамо ефектът е причина за магнетизма на астрономически обекти, например на Слънцето, но досега не е известно защо една течност е способна да се държи по този начин и как произведените електрически токове успяват да се задържат.

характеристики

- Магнитното поле на Земята е резултат от три приноса: самото вътрешно поле, външното магнитно поле и това на магнитните минерали в кората:

1. Вътрешно поле: прилича на това на магнитен дипол (магнит), разположен в центъра на Земята и приносът му е около 90%. Той варира много бавно във времето.
2. Външно поле: идва от слънчевата активност в слоевете на атмосферата. Не прилича на дипола и има много вариации: ежедневно, годишно, магнитни бури и други.
3. Магнитните скали в земната кора, които също създават собствено поле.

- Магнитното поле е поляризирано, представя северния и южния полюс, точно като бар магнит.

- Тъй като противоположните полюси се привличат един друг, иглата на компаса, която е неговият северен полюс, винаги сочи към близостта на географския север, където е южният полюс на магнита на Земята.

- Посоката на магнитното поле е представена под формата на затворени линии, които напускат магнитния юг (северен полюс на магнита) и навлизат в магнитния север (южен полюс на магнита).

- В магнитния север и в магнитния юг полето е перпендикулярно на земната повърхност, докато в екватора полето паси. (виж фигура 1)

- Интензивността на полето е много по-голяма при полюсите, отколкото при екватора.

- оста на земния дипол (фигура 1) и оста на въртене не са подравнени. Между тях има изместване от 11,2º.

Геомагнитни елементи

Тъй като магнитното поле е векторно, декартова координатна система XYZ с произход O помага да се установи положението му.

Фигура 2. Геомагнитни елементи. Източник: Ф. Сапата.

Общата интензивност на магнитното поле или индукция е B и неговите проекции или компоненти са: H хоризонтално и Z вертикално. Те са свързани с:

-D, ъгълът на магнитно наклонение, образуван между Н и географски север (ос X), положителен спрямо изток и отрицателен спрямо запад.

-I, ъгълът на магнитния наклон между B и H, положителен, ако B е под хоризонталата.

Иглата за компас ще бъде ориентирана в посока Н, хоризонталната съставка на полето. Плоскостта, определена от В и Н, се нарича магнитен меридиан, докато ZX е географски меридиан.

Векторът на магнитното поле се уточнява напълно, ако са известни три от следните количества, които се наричат ​​геомагнитни елементи: B, H, D, I, X, Y, Z.

функция

Ето някои от най-важните функции на магнитното поле на Земята:

- Човеците го използват, за да се ориентират по компас от стотици години.

-Упражнява защитна функция на планетата, като я обгръща и отклонява заредените частици, които Слънцето непрекъснато излъчва.

-Въпреки че магнитното поле на Земята (30 - 60 микро Тесла) е слабо в сравнение с тези в лабораторията, то е достатъчно силно, че някои животни го използват, за да се ориентират. Така правят и мигриращите птици, домашните гълъби, китовете и някои рибни училища.

-Магнитометрията или измерването на магнитното поле се използва за проучване на минерални ресурси.

Северно сияние и южно

Те са известни като съответно северната или южната светлина. Те се появяват на географски ширини в близост до полюсите, където магнитното поле е почти перпендикулярно на земната повърхност и много по-интензивно, отколкото в екватора.

Фигура 3. Северно сияние в Аляска. Източник: Wikimedia Commons.

Те имат своя произход в голямото количество заредени частици, които Слънцето изпраща непрекъснато. Тези, които са хванати в полето, обикновено се движат към полюсите поради по-голямата интензивност. Там те се възползват от нея, за да йонизират атмосферата и в процеса се излъчва видима светлина.

Северните светлини са видими в Аляска, Канада и Северна Европа, поради близостта на магнитния полюс. Но поради миграцията на това е възможно с течение на времето те да станат по-видими към северната част на Русия.

Засега изглежда, че това не е така, тъй като аурорите не следват точно нестабилния магнитен север.

Магнитно наклонение и навигация

За навигацията, особено при много дълги пътувания, е изключително важно да се знае магнитният наклон, за да се направи необходимата корекция и да се намери истинският север.

Това се постига с помощта на карти, които указват линиите с еднакво наклонение (изогонални), тъй като деклинацията варира значително в зависимост от географското местоположение. Това се дължи на факта, че магнитното поле изпитва локални изменения непрекъснато.

Големите числа, изрисувани на пистите, са посоките в градуси спрямо магнитния север, разделени на 10 и заоблени.

Момчетата от север

Колкото и да изглежда объркващо, има няколко вида север, дефинирани по някои конкретни критерии. Така можем да открием:

Магнитният север е точката на Земята, където магнитното поле е перпендикулярно на повърхността. Там компасът сочи и между другото, той не е антиподален (диаметрално противоположен) с магнитния юг.

Геомагнитен север, е мястото, където оста на магнитния дипол се издига към повърхността (виж фигура 1). Тъй като магнитното поле на Земята е малко по-сложно от диполното поле, тази точка не съвпада точно с магнитния север.

Географски на север, оста на земното въртене преминава през там.

Северно от Ламбърт или от решетката, е мястото, където меридианите на картите се сближават. Не съвпада точно с истинския или географски север, тъй като сферичната повърхност на Земята се изкривява, когато се проектира върху равнина.

Фигура 4. Различни северни и тяхното местоположение. Източник: Wikimedia Commons. Cavit

Инверсия на магнитното поле

Има един озадачаващ факт: магнитните полюси могат да променят положението си в течение на няколко хиляди години и това в момента се случва. Всъщност се знае, че се е случвало преди 171 пъти, през последните 17 милиона години.

Доказателствата са открити в скали, излизащи от разрив насред Атлантическия океан. Докато излиза, скалата се охлажда и се втвърдява, задавайки посоката на намагнитване на Земята за момента, която се запазва.

Но засега няма задоволително обяснение защо това се случва, нито има източник на енергия, необходима за обръщане на полето.

Както беше обсъдено по-рано, магнитният север в момента се движи бързо към Сибир, а югът също се движи, макар и по-бавно.

Някои експерти смятат, че това се дължи на високоскоростен поток на течно желязо точно под Канада, който отслабва полето. Може да са и началото на магнитна промяна. Последното, което се е случило, е преди 700 000 години.

Възможно е динамото, което поражда магнетизма на земята, да се изключи за известно време, спонтанно или поради някаква външна намеса, като например приближаването на комета например, въпреки че няма доказателства за последната.

Когато динамото се рестартира, магнитните полюси са сменили места. Но може също така да се случи, че инверсията не е пълна, а временна промяна на оста на дипола, която накрая ще се върне в първоначалното си положение.

експеримент

Извършва се с намотки Helmholtz: две еднакви и концентрични кръгови намотки, през които преминава една и съща интензивност на тока. Магнитното поле на намотките взаимодейства с това на Земята, пораждащо получено магнитно поле.

Фигура 5. Експеримент за определяне на стойността на магнитното поле на Земята. Източник: Ф. Сапата.

Вътре в намотките се създава приблизително равномерно магнитно поле, чиято величина е:

-I е интензитетът на тока

-μ _o е магнитната пропускливост на вакуума

-R е радиусът на бобините

процес

С компас поставен в аксиална ос на бобината, определи посоката на наземна магнитното поле B _T.

-Oriente оста на рулони да бъде перпендикулярна на B _T. Така областта Б _Н генерирани като ток преминава, ще бъде перпендикулярна B _T. В такъв случай:

Фигура 6. Полученото поле е това, което ще маркира иглата на компаса. Източник: Ф. Сапата.

-B _H е пропорционален на тока, преминат през намотките, така че B _H = kI, където k е константа, която зависи от геометрията на споменатите бобини: радиус и брой завои. А измерване на ток, може да има стойността на В _Н. Така че:

По този начин:

-Различни токове се предават през намотките и двойките (I, tg θ) се записват в таблица.

-Графиката I vs. tg θ. Тъй като зависимостта е линейна, очакваме да получим линия, чийто наклон m е:

-Finally, от права - линия поберат най-малките квадрати или визуална настройка, той продължава да се определи стойността на В _T.

Препратки

1. Земно магнитно поле. Възстановено от: web.ua.es
2. Група за магнитохидродинамика на Университета в Навара. Динамо ефект: история. Възстановено от: fisica.unav.es.
3. Киркпатрик, Л. 2007. Физика: поглед към света. 6-то съкратено издание. Учене в Cengage.
4. POT. Земното магнитно поле и неговите промени във времето. Възстановени от: image.gsfc.nasa.gov.
5. NatGeo. Земният магнитен северен полюс се движи. Възстановени от: ngenespanol.com.
6. Научен американец. Земята има повече от един северен полюс. Възстановено от: scienceamerican.com.
7. Wikipedia. Геомагнитен полюс. Възстановено от: en.wikipedia.org.