Pochodzenie pola magnetycznego Ziemi, charakterystyka, funkcja

On Pole magnetyczne Ziemi Jest to efekt magnetyczny, który ziemia wywiera i rozciąga się od wnętrza do setek kilometrów w przestrzeni. Jest bardzo podobny do tego, który wyprodukowany przez magnes barowy. Pomysł ten został zasugerowany przez angielskiego naukowca Williama Gilberta w XVII wieku, który zauważył również, że nie można rozdzielić słupów magnetycznych.

Rysunek 1 pokazuje linie pola magnetycznego lądu. Są zawsze zamknięte, przekraczają wnętrze i kontynuują na zewnątrz, tworząc rodzaj zasięgu.

Rysunek 1. Pole magnetyczne Ziemi przypomina pole magnesu barowego. Źródło: Wikimedia Commons.

Pochodzenie pola magnetycznego Ziemi jest wciąż tajemnicą. Zewnętrzne jądro żelazne nie może samodzielnie, ponieważ temperatura jest taka, że ​​niszczy porządek magnetyczny. Próg temperatury jest znany jako temperatura curie. Dlatego nie jest możliwe, aby duża masa magneetycznego materiału była odpowiedzialna za pole.

Odrzuciła tę hipotezę, musimy szukać pochodzenia pola w innym zjawisku: rotacji naziemnej. To powoduje, że stopione jądro obraca się równomiernie, tworząc efekt dynamo, w którym płyn spontanicznie generuje pole magnetyczne.

Uważa się, że efekt dynamo jest przyczyną magnetyzmu obiektów astronomicznych, na przykład. Ale jak dotąd nie wiadomo, dlaczego płyn jest w stanie zachowywać się w ten sposób i jak wytwarzane prądy elektryczne.

[TOC]

Charakterystyka

- Pole magnetyczne Ziemi jest wynikiem trzech wkładów: samego pola wewnętrznego, zewnętrznego pola magnetycznego i minerałów magnetycznych w korze:

1. Pole wewnętrzne: przypomina on dipol magnetyczny (magnes) zlokalizowany w środku ziemi, a jego wkład wynosi około 90%. Różni się bardzo powoli w czasie.
2. Pole zewnętrzne: pochodzi z aktywności słonecznej w warstwach atmosfery. Nie przypomina Dipolo i przedstawia liczne odmiany: codzienne, roczne, burze magnetyczne i inne.
3. Skały magnetyczne w skorupie ziemskiej, które również tworzą własne pole.

- Pole magnetyczne jest spolaryzowane, prezentując bieguny północne i południowe, podobnie jak magnes barowy.

- Gdy przyciągają przeciwne bieguny, igła kompasu, która jest jego północnym słupem, zawsze wskazuje na okolice geograficznej północy, gdzie jest południowy biegun magnesu naziemnego.

- Kierunek pola magnetycznego jest reprezentowany w postaci zamkniętych linii, które opuszczają magnetyczny południe (północny biegun magnesu) i wchodzą do magnetycznego północnego (południowy biegun magnesu).

Może ci służyć: przepływ objętościowy

- Na magnetycznej północy -i na magnetycznym południu -pole jest prostopadłe do powierzchni ziemi, podczas gdy w Ekwadorze pole jest spłukiwanie. (Patrz rysunek 1)

- Intensywność pola jest znacznie większa na biegunach niż w Ekwadorze.

- Oś dipolu naziemnego (ryc. 1) i oś obrotu nie są wyrównane. Wśród nich jest przemieszczenie 11,2º.

Elementy geomagnetyczne

Ponieważ pole magnetyczne to wektor, kartezjański układ XYZ koordynuje się z pochodzeniem lub pomaga ustalić swoją pozycję.

Rysunek 2. Elementy geomagnetyczne. Źródło: f. Zapata.

Całkowita intensywność pola magnetycznego lub indukcji wynosi B a jego projekcje lub komponenty to: H poziome i z pionowo. Są powiązane przez:

-D, kąt spadku magnetycznego, utworzony między H a geograficzną północną (osi x), dodatnie w kierunku wschodu i negatywne na zachodzie.

-Ja, kąt nachylenia magnetycznego, pomiędzy B i h, pozytywny, jeśli B jest pod poziomym.

Igła kompasu zostanie zorientowana w kierunku H, poziomym składnikiem pola. Płaszczyzna określony przez B a H ​​nazywa się południkiem magnetycznym, podczas gdy ZX jest geograficznym południka.

Wektor pola magnetycznego jest w pełni określony, czy znane są trzy z następujących wielkości, które są nazywane elementami geomagnetycznymi: B, H, d, i, x, y, z,.

Funkcjonować

Oto niektóre z najważniejszych funkcji pola magnetycznego Ziemi:

-Ludzie używają go do orientacji nad kompasem od setek lat.

-Wykonuje funkcję ochronną planety, owijając ją i odwracając naładowane cząstki, które słońce wznosi się w sposób ciągły.

-Chociaż pole magnetyczne Ziemi (30–60 mikro tesli) jest słabe w porównaniu z polem laboratorium, jest wystarczająco intensywne, aby niektóre zwierzęta używać go do orientacji. To właśnie robią ptaki migracyjne, gołębie posłańców, wieloryby i niektóre szkoły rybne.

-Magnetometria lub pomiar pola magnetycznego stosuje się do poszukiwania zasobów mineralnych.

Światła północne i południowe

Są znane odpowiednio jako światła północy lub południa. Pojawiają się na szerokościach geograficznych w pobliżu biegunów, gdzie pole magnetyczne jest prawie prostopadłe do powierzchni ziemi i znacznie intensywniej niż w Ekwadorze.

Rysunek 3. Aurora borealna na Alasce. Źródło: Wikimedia Commons.

Mają swoje pochodzenie w dużej liczbie załadowanych cząstek, które słońce nieustannie wysyła. Te, które są uwięzione przez pole, zwykle odchylają się w kierunku bieguna, ze względu na największą intensywność. Tam korzystają z okazji, aby jonizować atmosferę, aw tym procesie emitowane jest światło widzialne.

Może ci służyć: pierwsze prawo Newtona: formuły, eksperymenty i ćwiczenia

Światła północy są widoczne na Alasce, Kanadzie i Europie Północnej, ze względu na bliskość bieguna magnetycznego. Ale ze względu na migrację możliwe jest, że z czasem stają się bardziej widoczne dla Północnej Rosji.

Chociaż na razie nie wydaje się tak, ponieważ aurory nie podążają dokładnie do magnetycznej północnej północy.

Spadek magnetyczny i nawigacja

W przypadku nawigacji, szczególnie podczas bardzo długich podróży, niezwykle ważne jest znanie spadku magnetycznego, aby wykonać niezbędną korektę i znaleźć prawdziwą północ.

Osiąga się to przez mapy wskazujące linie o równym spadku (izogony), ponieważ spadek ten jest znacznie różny w zależności od lokalizacji geograficznej. Wynika to z faktu, że pole magnetyczne ciągle doświadcza lokalnych wariantów.

Duże liczby, które pojawiają się na torach lądujących, są kierunkami w stopniach w odniesieniu do magnetycznej północy, podzielonymi przez 10 i zaokrąglonych.

Typy północne

Jakkolwiek mylące może się wydawać, istnieje kilka rodzajów północy, zdefiniowanych przez niektóre szczególne kryteria. W ten sposób możemy znaleźć:

północ magnetyczna, Jest to punkt ziemi, w którym pole magnetyczne jest prostopadłe do powierzchni. Wskazuje kompas, a przy okazji, nie jest to antypodalne (diametralnie przeciwne) z magnetycznym południem.

Geomagnetyczna północ, Jest to miejsce, w którym oś dipola magnetycznego pojawia się na powierzchni (patrz ryc. 1). Ponieważ pole magnetyczne Ziemi jest nieco bardziej złożone niż pole Dipolo, ten punkt nie pokrywa się dokładnie z magnetyczną północą.

Geograficzna północ, Tam mija oś obrotu naziemnego.

North Lambert lub Siatka, Jest to punkt, w którym mapy zbiegają się południki. Nie pasuje dokładnie do geograficznej lub prawdziwej północ.

Rysunek 4. Różne Nortes i jego lokalizacja. Źródło: Wikimedia Commons. Cavit [CC przez 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/według/4.0)]

Inwestycja pola magnetycznego

Istnieje niepokojący fakt: bieguny magnetyczne mogą zmienić pozycję w ciągu kilku tysięcy lat i obecnie się dzieje. W rzeczywistości wiadomo, że było około 171 razy wcześniej, w ciągu ostatnich 17 milionów lat.

Dowody znajdują się w skałach, które wyłaniają się z pęknięcia na środku Oceanu Atlantyckiego. Gdy się wychodzi, skała chłodzi i zestala się, ustawiając kierunek magnetyzacji naziemnej na chwilę, który jest zachowany.

Ale jak dotąd nie ma zadowalającego wyjaśnienia, dlaczego tak się dzieje, ani skąd energia niezbędna do inwestowania pola pochodzi.

Jak wcześniej skomentowano, magnetyczna północ porusza się obecnie szybko w kierunku Syberii, a południe również się porusza, choć wolniej.

Może ci służyć: średnia prędkość kątowa: definicja i wzory, rozwiązane ćwiczenia

Niektórzy eksperci uważają, że jest to spowodowane szybkim przepływem żelaza w cieczy, tuż pod Kanadą, który osłabia się do pola. Może to być również początki inwestycji magnetycznej. Ostatni, który się wydarzył, był 700 temu.000 lat.

Możliwe, że dynamo, który powoduje powstanie magnetyzmu naziemnego, wychodzi na chwilę, spontanicznie lub przez jakąś zewnętrzną interwencję, na przykład podejście komety, chociaż ta ostatnia nie ma dowodów.

Kiedy dynamo uruchomi się, bieguny magnetyczne zmieniły miejsca. Ale może się również zdarzyć, że inwestycja nie jest kompletna, ale tymczasowa odmiana osi Dipolo, która w końcu powróci do pierwotnej pozycji.

Eksperyment

Jest przeprowadzany z cewkami Helmholtza: dwie identyczne i koncentryczne cewki okrągłe, przez które przechodzi ta sama intensywność prądu. Pole magnetyczne cewek oddziałuje z polem Ziemi, powodując powstałe pole magnetyczne.

Rysunek 5. Eksperyment, aby określić wartość pola magnetycznego Ziemi. Źródło: f. Zapata.

Wewnątrz cewek powstaje w przybliżeniu jednolite pole magnetyczne, którego wielkość jest:

-N to liczba zakrętów cewek

-I jest intensywnością prądu

-μ_albo Jest to przepuszczalność magnetyczna próżni

-R to promień cewek

Procedura

-Z kompasem umieszczonym na osi osiowej cewek, określ kierunek pola magnetycznego Ziemi B_T.

-Wschodnia oś cewki, która ma być prostopadła B_T. W ten sposób pole B_H wygenerowane, gdy tylko prąd zostanie przekazany, będzie prostopadle do B_T. W tym przypadku:

Rysunek 6. Powstałe pole jest tym, co oznaczy igłę kompasu. Źródło: f. Zapata.

-B_H Jest proporcjonalny do prądu, który jest przechodzący przez cewki, tak że B_H = k.Siema, Gdzie k Jest to stała, która zależy od geometrii tych cewek: radio i liczby zakrętów. Podczas pomiaru prądu możesz mieć wartość B_H. Aby:

B_H = k.I = b_T. Tg θ

Dlatego:

-Gdy tylko prąd przechodzi przez cewki, igła kompasu odbiega. Pomiar odchylenia jest wartością θ.

-Różne intensywności są przekazywane przez cewki i rejestrowane są pary (Siema, Tg θ).

-Wykres jest wykonany Siema vs. Tg θ. Ponieważ urządzenie jest liniowe, oczekuje się linii, której nachylenie M Jest:

M = b_T /k

-Wreszcie, po regulacji linii przez minimalne kwadraty lub regulację wizualną, określono wartość B_T.

Bibliografia

1. Ziemia pole magnetyczne. Odzyskane z: Web.Ua.Jest
2. Magneto-hydrodynamiczna grupa University of Navarra. Dynamo Effect: History. Odzyskane z: fizyka.jeden v.Jest.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fizyka: spojrzenie na świat. 6. skrócone wydanie. Cengage Learning.
4. GARNEK. Pole magnetyczne Ziemi i jego zmiany w czasie. Odzyskane z: obraz.GSFC.garnek.Gov.
5. Natgeo. Magnetyczny północny biegun Ziemi się porusza. Odzyskany z: nnespanol.com.
6. Amerykański naukowiec. Ziemia ma więcej niż jeden biegun północny. Odzyskane od: Scientific American.com.
7. Wikipedia. Piecz geomagnetyczny. Odzyskane z: w.Wikipedia.org.