A FÖLD MÁGNESES MEZŐJE: EREDETE, JELLEMZŐI, FUNKCIÓJA - FIZIKAI - 2026

A Föld mágneses mezője az a mágneses hatás, amelyet a Föld gyakorol, és amely belsejétől több száz kilométernyi űrig terjed. Nagyon hasonlít a rudazat mágnese által előállítotthoz. Ezt az elképzelést William Gilbert angol tudós javasolta a 17. században, aki azt is megfigyelte, hogy a mágnesoszlopok elválasztása nem lehetséges.

Az 1. ábra a Föld mágneses mező vonalait mutatja. Mindig zárva vannak, átmennek a belső tereken, és kívülről folytatódnak, egyfajta burkolatot képezve.

1. ábra. A Föld mágneses tere hasonlít egy oszlopmágneséhez. Forrás: Wikimedia Commons.

A Föld mágneses mezőjének eredete továbbra is rejtély. A föld külső öntöttvas magja önmagában nem képes a mezőt létrehozni, mivel a hőmérséklet olyan, hogy elpusztítja a mágneses rendet. Ehhez a hőmérsékleti küszöbértéket Curie-hőmérsékletnek nevezzük. Ezért lehetetlen, hogy egy nagy rész mágneses anyag felelős legyen a mezőért.

Miután kizártuk ezt a hipotézist, a mező eredetét másik jelenségben kell keresnünk: a Föld forgása. Ennek következtében az olvadt mag nem egyenletesen forog, és létrejön a dinamikus hatás, amelyben a folyadék spontán módon mágneses teret generál.

Úgy gondolják, hogy a dinamikus hatás okozza a csillagászati ​​tárgyak, például a Nap mágnesességét. De eddig nem ismert, hogy egy folyadék miért képes ilyen módon viselkedni, és hogy a keletkező elektromos áram miként képes megmaradni.

jellemzők

- A föld mágneses mezője három hozzájárulás eredménye: maga a belső mező, a külső mágneses mező és a kéregben lévő mágneses ásványok:

1. Belső mező: hasonló a mágneses dipólushoz (mágneshez), amely a Föld közepén helyezkedik el, és hozzájárulása körülbelül 90%. Idő szerint nagyon lassan változik.
2. Külső mező: a légkör rétegeiben bekövetkező napi aktivitásból származik. Nem olyan, mint a dipólus, és sok variációval rendelkezik: napi, éves, mágneses viharok és így tovább.
3. A földkéreg mágneses kőzetei, amelyek szintén megteremtik saját mezőt.

- A mágneses tér polarizált, északi és déli pólusokat mutat, ugyanúgy, mint egy rúdmágnes.

- Mivel az ellenkező pólusok vonzzák egymást, az iránytű, amely az északi pólusa, mindig a földrajzi északi környékére mutat, ahol a Föld mágnesének déli pólusa van.

- A mágneses tér irányát zárt vonalak formájában mutatjuk be, amelyek elhagyják a mágneses délt (a mágnes északi pólusa) és belépnek a mágneses északba (a mágnes déli pólusa).

- A mágneses északon és a mágneses délen is a mező merőleges a föld felületére, míg az Egyenlítőn a mező legel. (lásd az 1. ábrát)

- A mező intenzitása a pólusoknál sokkal nagyobb, mint az Egyenlítőnél.

- A földfelszíni dipólus tengelye (1. ábra) és a forgástengely nem egyeznek. Között 11,2º elmozdulás van.

Geomágneses elemek

Mivel a mágneses mező vektor, az O kezdeti XYZ derékszögű koordinátarendszer segít meghatározni helyzetét.

2. ábra. Geomágneses elemek. Forrás: F. Zapata.

A mágneses mező vagy az indukció teljes intenzitása B, vetületei vagy komponensei: H vízszintesen és Z függőlegesen. Ezek kapcsolatban állnak:

-D, a mágneses deklináció szöge, keletkezett H és a földrajzi északi (X tengely) között, kelet felé pozitív és nyugat felé negatív.

-I, a mágneses dőlésszög B és H között pozitív, ha B a vízszintes alatt van.

Az iránytű tűjét a mező vízszintes összetevőjének H irányába kell irányítani. A B és H által meghatározott síkot mágneses meridiánnak, míg a ZX-et a földrajzi meridiánnak nevezzük.

A mágneses mező vektorát pontosan meghatározzák, ha a következő három mennyiség ismeretes, amelyeket geomágneses elemeknek hívnak: B, H, D, I, X, Y, Z.

Funkció

Íme néhány a Föld mágneses mezőjének legfontosabb funkciója:

-Az emberek évszázadok óta használják az iránytűvel való orientációra.

-A bolygó védő funkcióját hajtja végre, beborítva és a töltött részecskék elhajlásával, amelyeket a Nap folyamatosan bocsát ki.

-Bár a Föld mágneses tere (30 - 60 mikrolites Tesla) gyenge a laboratóriumban lévőkhöz képest, elég erős, hogy egyes állatok felhasználják az orientációhoz. Ugyanúgy, mint a vándorló madarak, az elhelyező galambok, a bálnák és a halak egyes iskolái.

-A ásványkincsek kutatására a mágneses mezőt vagy a mágneses mező mérését használják.

Északi fény és a déli

Ezeket északi vagy déli fénynek nevezik. A pólusok közelében lévő szélességi fokon jelennek meg, ahol a mágneses mező majdnem merőleges a Föld felületére és sokkal intenzívebb, mint az Egyenlítőn.

3. ábra: Északi fény Alaszkában. Forrás: Wikimedia Commons.

A nagy töltött részecskék származnak, amelyeket a Nap folyamatosan küld. Azok, amelyeket a mező csapdába esik, általában a pólusok felé sodródnak a nagyobb intenzitás miatt. Ott használják ki azt, hogy ionizálják a légkört, és a folyamat során látható fényt bocsátanak ki.

Az északi fény a mágneses pólus közelsége miatt Kanadában Alaszkában és Észak-Európában látható. De ennek migrációja miatt előfordulhat, hogy az idő múlásával Oroszország északi felé mutatnak.

Most úgy tűnik, hogy ez nem így van, mivel az aurók nem pontosan követik a szokatlan mágneses északot.

Mágneses deklináció és navigáció

A navigációhoz, különösen nagyon hosszú utakon, rendkívül fontos a mágneses deklináció ismerete, hogy elvégezzék a szükséges korrekciót és megtalálják az igazi északot.

Ezt olyan térképekkel érik el, amelyek jelzik az egyenlő (izogonális) deklináció vonalait, mivel a deklináció nagyban változik a földrajzi elhelyezkedés függvényében. Ennek oka az a tény, hogy a mágneses tér folyamatosan lokális variációkat él meg.

A kifutópályákra festett nagy számok a mágneses északhoz viszonyítva fokban vannak, tízre osztva és kerekítve.

Az északi srácok

Annyira zavaró, mint amilyennek tűnik, több északi típus létezik, amelyeket bizonyos kritériumok határoznak meg. Így megtalálhatjuk:

A mágneses északi pont az a pont a Földön, ahol a mágneses mező merőleges a felületre. Ott az iránytű mutat, és egyébként nem antipodális (diametrálisan ellentétes) a mágneses déllel.

A geomágneses északi pont az a hely, ahol a mágneses dipólus tengelye felfelé emelkedik (lásd az 1. ábrát). Mivel a Föld mágneses tere egy kicsit összetettebb, mint a dipólmező, ez a pont nem egybeesik pontosan az északi mágneses mezővel.

Földrajzilag északon a föld forgástengelye áthalad rajta.

Lambertől vagy a hálótól északra van az a pont, ahol a térképek meridiánjai konvergálnak. Pontosan nem egybeesik a valódi vagy a földrajzi északgal, mivel a Föld gömbfelülete torzul, amikor egy síkba vetítik.

4. ábra. Különböző északi részek és elhelyezkedésük Forrás: Wikimedia Commons. Cavittel

A mágneses mező inverziója

Rejtélyes tény van: a mágneses pólusok néhány ezer év alatt megváltoztathatják a helyzetüket, és ez jelenleg is megtörténik. Valójában ismert, hogy 171-szer történt korábban, az elmúlt 17 millió évben.

A bizonyítékok az Atlanti-óceán közepén lévő szakadékból származó sziklákban találhatók. Amint kijön, a szikla lehűl és megszilárdul, a Föld mágnesezési irányának megadásával egy pillanatra, amely megmarad.

De eddig nincs kielégítő magyarázat arra, hogy miért történik ez, és nincs olyan energiaforrás is, amely a mező megfordításához szükséges.

Amint azt korábban már tárgyaltuk, a mágneses észak jelenleg gyorsan mozog Szibéria felé, és a déli is mozog, bár lassabban.

Egyes szakértők úgy vélik, hogy a folyó vas nagysebességű áramlása miatt közvetlenül Kanada alatt gyengíti a terepet. Lehet, hogy a mágneses megfordítás kezdete is. Az utóbbi 700 000 évvel ezelőtt történt.

Lehet, hogy a Föld mágnesességét okozó dinamó egy időre kikapcsol, akár spontán módon, akár valamilyen külső beavatkozással, például egy üstökös megközelítésével, bár utóbbiról nincs bizonyíték.

Amikor a dinamó újraindul, a mágneses pólusok helyet váltottak. De előfordulhat, hogy az inverzió nem teljes, hanem a dipóltengely ideiglenes variációja, amely végül visszatér eredeti helyzetébe.

Kísérlet

Ezt Helmholtz tekercsekkel hajtják végre: két azonos és koncentrikus kör alakú tekercset, amelyeken ugyanaz az áram intenzitás halad át. A tekercsek mágneses tere kölcsönhatásba lép a Föld fénnyel, és így létrejön egy mágneses mező.

5. ábra: Kísérlet a Föld mágneses tere értékének meghatározására. Forrás: F. Zapata.

Körülbelül egyenletes mágneses mező jön létre a tekercsek belsejében, amelynek nagysága:

-I az áram intenzitása

-μ _o a vákuum mágneses permeabilitása

-R a tekercsek sugara

Folyamat

A tekercs tengely tengelyébe helyezett iránytű segítségével határozza meg a B _T földi mágneses tér irányát.

-Tervezze meg a tekercsek tengelyét merőlegesen a B _T-re. Így az áram _átadásakor keletkező B _H mező merőleges a B _T-re. Ebben az esetben:

6. ábra. A kapott mezőt jelöli az iránytű tű. Forrás: F. Zapata.

-B _H arányos a tekercseken áthaladó árammal, úgy, hogy B _H = kI, ahol k állandó, amely az említett tekercsek geometriájától függ: sugár és a fordulások száma. A mérési áram BH értékkel _bírhat. Tehát:

Így:

- Különböző áramokat vezetnek át a tekercseken, és a párokat (I, tg θ) egy táblázatban rögzítik.

-A grafikon I vs. tg θ. Mivel a függőség lineáris, várunk egy olyan vonal elérését, amelynek m meredeksége:

-Végül, az egyenes - vonal illeszkedjen legkisebb négyzetek vagy vizuális kiigazítás, bevételt értékének meghatározásához B _T.

Irodalom

1. Föld mágneses mező. Helyreállítva: web.ua.es
2. A Navarrai Egyetem mágneses hidrodinamikai csoportja. Dinamikus hatás: előzmények. Helyreállítva: fisica.unav.es.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fizika: pillantás a világra. 6. rövidített kiadás. Cengage tanulás.
4. EDÉNY. A Föld mágneses mezője és annak időbeli változásai. Helyreállítva: image.gsfc.nasa.gov.
5. NatGeo. A Föld mágneses északi pólusa mozog. Helyreállítva: ngenespanol.com.
6. Tudományos amerikai. A Földnek egynél több északi sarkja van. Helyreállítva a következőből: Scientificamerican.com.
7. Wikipedia. Geomágneses pólus. Helyreállítva: en.wikipedia.org.