Wat is het magnetisch veld van de aarde. Magnetische veldtheorie en interessante feiten over het aardmagnetisch veld

Referentie

Gauss (Russische aanduiding Gs, internationaal - G) is een maateenheid voor magnetische inductie in het CGS-systeem. Het is vernoemd naar de Duitse natuurkundige en wiskundige Carl Friedrich Gauss.

1 Gs = 100 μT;

1T = 104 Gs.

Het kan als volgt worden uitgedrukt in de basiseenheden van het CGS-systeem: 1 Gs = 1 g 1/2 .cm −1/2 .s −1 .

Een ervaring

Bron: natuurkunde leerboeken over magnetisme, Berkeley cursus.

Onderwerp: m magnetische velden in materie.

Doelwit: ontdek hoe verschillende stoffen reageren op een magnetisch veld.

Stel je een paar experimenten voor met een heel sterk veld. Stel we hebben een spoel gemaakt met een binnendiameter van 10 cm en een lengte van 40 cm.

1. Het ontwerp van de spoel dat een sterk magnetisch veld creëert. De doorsnede van de wikkeling waar het koelwater doorheen stroomt is weergegeven. 2. De kromme van de grootte van het veld B 2 op de as van de spoel.

De buitendiameter is 40 cm en het grootste deel van de ruimte is gevuld met koperen wikkeling. Zo'n spoel zorgt voor een constant veld van 30.000 gs in het centrum, als je er 400 bijbrengt kW elektrische stroom en toevoerwater voor ongeveer 120 ik per minuut voor warmteafvoer.

Deze specifieke gegevens worden gegeven om aan te tonen dat hoewel het instrument niets bijzonders is, het nog steeds een redelijk respectabele laboratoriummagneet is.

De veldsterkte in het midden van de magneet is ongeveer 105 keer groter magnetisch veld Aarde en waarschijnlijk een 5 of 10 keer sterker veld in de buurt van een magnetische ijzeren staaf of hoefijzermagneet!

Nabij het midden van de solenoïde is het veld redelijk uniform en neemt het af met ongeveer de helft op de as nabij de uiteinden van de spoel.

conclusies

Dus, zoals experimenten laten zien, is in dergelijke magneten de grootte van het veld (dat wil zeggen, inductie of intensiteit) zowel binnen als buiten de magneet bijna vijf ordes van grootte groter dan de grootte van het veld van de aarde.

Ook slechts twee keer - niet "soms!" - het is kleiner buiten de magneet.

En tegelijkertijd 5-10 keer de sterkte van gewoon permanente magneet.

De gemiddelde veldsterkte van de aarde aan het oppervlak is ongeveer 0,5 Oe (5,10 -5 T)

Echter, al een paar honderd meter (zo niet tientallen) van zo'n magneet, reageert de magnetische naald van het kompas niet op het in- of uitschakelen van de stroom.

Tegelijkertijd reageert het goed op het veld van de aarde of zijn anomalieën bij de minste verandering in positie. Wat zegt het?

Allereerst over het duidelijk onderschatte cijfer van de inductie van het aardmagnetisch veld - dat wil zeggen, niet de inductie zelf, maar hoe we het meten.

We meten de reactie van de lus met stroom, de hoek van zijn rotatie in het magnetische veld van de aarde.

Elke magnetometer is gebaseerd op het principe van niet direct, maar indirect meten:

Alleen door de aard van de verandering in de waarde van spanning;

Alleen op het aardoppervlak, dichtbij in de atmosfeer en in de buurt van de ruimte.

We kennen de bron niet van het veld met een specifiek maximum. We meten alleen het verschil in veldsterkte op verschillende punten en de sterktegradiënt verandert niet al te veel met de hoogte. Geen wiskundige berekeningen met de definitie van het maximum bij gebruik van de klassieke benadering werken hier niet.

De invloed van het magnetische veld - experimenten

Het is bekend dat zelfs sterke magnetische velden praktisch geen effect hebben op chemische en biochemische processen. Je kunt je hand (geen horloge!) in de solenoïde steken met een veld van 30 kgf zonder merkbare effecten. Het is moeilijk te zeggen tot welke klasse stoffen uw hand behoort - paramagnetisch of diamagnetisch, maar de kracht die erop inwerkt, zal in ieder geval niet meer zijn dan een paar gram. Hele generaties muizen zijn gefokt en grootgebracht in sterke magnetische velden die geen merkbaar effect op hen hebben gehad. Andere biologische experimenten konden ook niet worden gevonden opmerkelijk magnetische invloeden op biologische processen.

Belangrijk om te onthouden!

Het zou verkeerd zijn om aan te nemen dat zwakke effecten altijd zonder gevolgen overgaan. Een dergelijke redenering zou kunnen leiden tot de conclusie dat zwaartekracht geen energetische betekenis heeft op moleculaire schaal, maar bomen op een heuvel groeien toch verticaal. De verklaring ligt blijkbaar in de totale kracht die op een biologisch object inwerkt, waarvan de afmetingen veel groter zijn dan de afmetingen van het molecuul. Een soortgelijk fenomeen ("tropisme") is inderdaad experimenteel aangetoond in het geval van zaailingen die groeien in de aanwezigheid van een zeer ongelijkmatig magnetisch veld.

Overigens, als je je hoofd in een sterk magnetisch veld plaatst en ermee schudt, "proeft" je een elektrolytische stroom in je mond, wat het bewijs is van de aanwezigheid van een geïnduceerde elektromotorische kracht.

Bij interactie met materie zijn de rollen van magnetische en elektrische velden verschillend. Omdat atomen en moleculen zijn opgebouwd uit langzaam bewegende elektrische ladingen, elektrische krachten in moleculaire processen domineren over magnetische.

conclusies

De impact van het magnetische veld van zo'n magneet op biologische objecten is niets meer dan een muggenbeet. Elk schepsel of de plant is voortdurend veel sterker onder invloed van het aardmagnetisme.

Daarom is het effect van een onjuist gemeten veld niet merkbaar.

Berekeningen

1 gauss = 1 10 -4 tesla.

De SI-eenheid van aardmagnetische veldsterkte (T) is ampère per meter (A/m). Bij magnetische exploratie werd ook een andere eenheid van Oersted (E) of gamma (G), gelijk aan 10-5 Oe, gebruikt.De praktisch gemeten parameter van het magnetische veld is echter magnetische inductie (of magnetische fluxdichtheid). De eenheid van magnetische inductie in het C-systeem is de tesla (T). Bij magnetische verkenning wordt een kleinere eenheid nanotesla (nT) gebruikt, gelijk aan 10 -9 T. Aangezien voor de meeste media waarin het magnetische veld wordt bestudeerd (lucht, water, de overgrote meerderheid van niet-magnetische sedimentaire gesteenten), kan het magnetische veld van de aarde kwantitatief worden gemeten in eenheden van magnetische inductie (in nT) of in het overeenkomstige veld sterkte - gamma.

De figuur toont de totale intensiteit van het aardmagnetisch veld voor het tijdperk van 1980. Isolijnen T worden door 4 μT getrokken (uit P. Sharma's boek "Geophysical methods in regional geology").

Op deze manier

Aan de polen zijn de verticale componenten van de magnetische inductie ongeveer gelijk aan 60 μT, en de horizontale componenten zijn nul. Op de evenaar is de horizontale component ongeveer 30 µT en de verticale component nul.

Dat is de manier moderne wetenschap over geomagnetisme heeft het basisprincipe van magnetisme al lang verlaten, twee magneten die plat op elkaar zijn geplaatst, hebben de neiging om verbinding te maken met tegenovergestelde polen.

Dat wil zeggen, te oordelen naar de laatste zin op de evenaar, is er geen kracht (verticale component) die een magneet naar de aarde trekt! Hoe weerzinwekkend!

Trekken deze twee magneten elkaar aan? Dat wil zeggen, er is geen aantrekkingskracht, maar wel een rekkracht? Onzin!

Maar aan de polen met deze opstelling van de magneet wel, maar de horizontale kracht verdwijnt.

Bovendien is het verschil tussen deze componenten slechts 2 keer!

We nemen gewoon twee magneten en zorgen ervoor dat in een vergelijkbare positie de magneet zich eerst ontvouwt en vervolgens aantrekt. ZUIDPOOL naar NOORDPOOL!

Waarom je het magnetisch veld van de aarde nodig hebt, leer je uit dit artikel.

Wat is de waarde van het aardmagnetisch veld?

Allereerst beschermt het kunstmatige satellieten en de bewoners van de planeet door de werking van deeltjes uit de ruimte. Dit zijn geladen, geïoniseerde deeltjes. zonnewind. Wanneer ze onze atmosfeer binnenkomen, verandert het magnetische veld hun baan en leidt ze langs de veldlijn.

Bovendien zijn we dankzij ons magnetische veld het tijdperk van nieuwe technologieën ingegaan. Alle moderne, geavanceerde apparaten die werken met verschillende geheugenstations (schijven, kaarten) zijn rechtstreeks afhankelijk van het magnetische veld. De spanning en stabiliteit hebben rechtstreeks invloed op absoluut alle informatie, computersystemen, omdat alle informatie die nodig is voor hun correcte werking geplaatst op magnetische media.

Daarom kunnen we met vertrouwen zeggen dat de welvaart van de moderne beschaving, de "levensvatbaarheid" van haar technologieën nauw afhangt van de toestand van het magnetische veld van onze planeet.

Wat is het magnetisch veld van de aarde?

Magnetisch veld van de aarde is een gebied rond de planeet waar magnetische krachten werken.

Wat betreft de oorsprong, dit probleem is nog niet definitief opgelost. Maar de meeste onderzoekers zijn geneigd te geloven dat onze planeet de aanwezigheid van een magnetisch veld te danken heeft aan de kern. Het bestaat uit een binnenste vaste deel en een buitenste vloeibare deel. De rotatie van de aarde draagt ​​bij aan constante stromen in de vloeibare kern. En dit leidt tot het ontstaan ​​van een magnetisch veld om hen heen.

De meeste planeten zonnestelsel magnetische velden in verschillende mate bezitten. Als ze op een rij worden geplaatst volgens de afname van het dipoolmagneetmoment, dan wordt het volgende beeld verkregen: Jupiter, Saturnus, Aarde, Mercurius en Mars. belangrijkste reden het optreden ervan is de aanwezigheid van een vloeibare kern.

BIJ laatste dagen Er is veel nieuws over het aardmagnetisch veld verschenen op wetenschappelijke informatiesites. Bijvoorbeeld het nieuws dat recente tijden het verandert aanzienlijk, of dat het magnetische veld bijdraagt ​​aan het lekken van zuurstof uit de atmosfeer van de aarde, en zelfs over het feit dat koeien zich oriënteren langs de lijnen van het magnetische veld in weilanden. Wat is het magnetische veld en hoe belangrijk is al het bovenstaande nieuws?

Het magnetisch veld van de aarde is het gebied rond onze planeet waar magnetische krachten werken. De kwestie van de oorsprong van het magnetische veld is nog niet definitief opgelost. De meeste onderzoekers zijn het er echter over eens dat de aanwezigheid van het aardmagnetisch veld op zijn minst gedeeltelijk te wijten is aan de kern ervan. De kern van de aarde bestaat uit een vast binnenste en vloeibare buitenste delen. De rotatie van de aarde zorgt voor constante stromen in de vloeibare kern. Zoals de lezer zich misschien herinnert uit natuurkundelessen, resulteert de beweging van elektrische ladingen in het verschijnen van een magnetisch veld om hen heen.

Een van de meest voorkomende theorieën die de aard van het veld verklaren, de theorie van het dynamo-effect, gaat ervan uit dat convectieve of turbulente bewegingen van een geleidende vloeistof in de kern bijdragen aan zelfexcitatie en het in een stationaire toestand houden van het veld.

De aarde kan worden beschouwd als een magnetische dipool. De zuidpool bevindt zich respectievelijk op de geografische noordpool en het noorden op het zuiden. In feite vallen de geografische en magnetische polen van de aarde niet alleen in "richting" samen. De as van het magnetische veld is 11,6 graden gekanteld ten opzichte van de rotatie-as van de aarde. Omdat het verschil niet erg significant is, kunnen we een kompas gebruiken. De pijl wijst precies naar de magnetische zuidpool van de aarde en bijna precies naar het geografische noorden. Als het kompas 720.000 jaar geleden was uitgevonden, zou het zowel geografisch als magnetisch hebben aangegeven Noordpool. Maar daarover hieronder meer.

Het magnetische veld beschermt de bewoners van de aarde en kunstmatige satellieten tegen de schadelijke effecten van kosmische deeltjes. Dergelijke deeltjes zijn bijvoorbeeld geïoniseerde (geladen) deeltjes van de zonnewind. Het magnetische veld verandert het traject van hun beweging, waardoor de deeltjes langs de veldlijnen worden geleid. De behoefte aan een magnetisch veld voor het bestaan ​​van leven verkleint het bereik van potentieel bewoonbare planeten (als we uitgaan van de veronderstelling dat hypothetisch mogelijke levensvormen vergelijkbaar zijn met aardse bewoners).

Wetenschappers sluiten niet uit dat sommige planeten aardtype hebben geen metalen kern en zijn bijgevolg verstoken van een magnetisch veld. Tot nu toe geloofde men dat planeten die uit vaste rotsen bestaan, zoals de aarde, drie hoofdlagen bevatten: een vaste korst, een stroperige mantel en een vaste of gesmolten ijzeren kern. In recent werk hebben MIT-wetenschappers de vorming van "rotsachtige" planeten zonder kern voorgesteld. Als de theoretische berekeningen van onderzoekers worden bevestigd door waarnemingen, moeten ze worden herschreven om de kans te berekenen dat ze mensachtigen in het heelal ontmoeten, of op zijn minst iets dat lijkt op illustraties uit een biologieboek.

Aardbewoners kunnen ook hun magnetische bescherming verliezen. Toegegeven, geofysici kunnen nog niet precies zeggen wanneer dit zal gebeuren. Het feit is dat de magnetische polen van de aarde onstabiel zijn. Regelmatig wisselen ze van plaats. Nog niet zo lang geleden ontdekten onderzoekers dat de aarde de verandering van polen "herinnert". Een analyse van dergelijke "herinneringen" toonde aan dat in de afgelopen 160 miljoen jaar het magnetische noorden en zuiden ongeveer 100 keer van plaats zijn veranderd. De laatste keer dat deze gebeurtenis ongeveer 720 duizend jaar geleden plaatsvond.

De verandering van polen gaat gepaard met een verandering in de configuratie van het magnetische veld. Tijdens de "overgangsperiode" dringen veel meer kosmische deeltjes die gevaarlijk zijn voor levende organismen de aarde binnen. Een van de hypothesen die het uitsterven van dinosaurussen verklaart, beweert dat gigantische reptielen precies tijdens de volgende dienst palen.

Naast de "sporen" van geplande activiteiten om de polen te veranderen, merkten de onderzoekers gevaarlijke verschuivingen in het aardmagnetisch veld op. Een analyse van gegevens over zijn toestand gedurende meerdere jaren toonde aan dat in afgelopen maanden begon daarin te gebeuren. Wetenschappers hebben al heel lang niet meer zulke scherpe "bewegingen" van het veld geregistreerd. De zorgzone voor onderzoekers bevindt zich in het zuidelijke deel van Atlantische Oceaan. De "dikte" van het magnetische veld in dit gebied is niet groter dan een derde van het "normale" veld. Onderzoekers hebben lang aandacht besteed aan dit "gat" in het magnetische veld van de aarde. De gegevens die over 150 jaar zijn verzameld, tonen aan dat het veld hier in deze periode met tien procent is verzwakt.

Op dit moment is het moeilijk te zeggen hoe dit de mensheid bedreigt. Een van de gevolgen van de verzwakking van de veldsterkte kan een (zij het onbeduidende) toename van het zuurstofgehalte in de aardatmosfeer zijn. De verbinding tussen het aardmagnetisch veld en dit gas werd tot stand gebracht met behulp van het Cluster-satellietsysteem, een project van de European Space Agency. Wetenschappers hebben ontdekt dat het magnetische veld zuurstofionen versnelt en deze de ruimte in "werpt".

Ondanks het feit dat het magnetische veld niet te zien is, voelen de bewoners van de aarde het goed. Trekvogels ze vinden bijvoorbeeld een manier en richten zich daarop. Er zijn verschillende hypothesen die precies uitleggen hoe ze het veld voelen. Een van de laatste suggereert dat vogels een magnetisch veld waarnemen. Speciale eiwitten - cryptochromen - kunnen in de ogen van trekvogels onder invloed van een magnetisch veld van positie veranderen. De auteurs van de theorie geloven dat cryptochromen als kompas kunnen dienen.

Naast vogels gebruiken zeeschildpadden het aardmagnetisch veld in plaats van GPS. En, zoals blijkt uit de analyse van satellietfoto's die werden gepresenteerd als onderdeel van het Google Earth-project, koeien. Na het bestuderen van foto's van 8510 koeien in 308 regio's van de wereld, concludeerden wetenschappers dat deze dieren de voorkeur hebben (of van zuid naar noord). Bovendien zijn de 'referentiepunten' voor koeien niet geografisch, maar juist de magnetische polen van de aarde. Het mechanisme van de perceptie van het magnetische veld door de koeien en de redenen voor een dergelijke reactie erop blijven onduidelijk.

Naast de genoemde opmerkelijke eigenschappen draagt ​​het magnetische veld bij. Ze ontstaan ​​als gevolg drastische veranderingen velden die afkomstig zijn uit afgelegen gebieden van het veld.

Het magnetische veld is niet genegeerd door aanhangers van een van de 'samenzweringstheorieën' - de theorie van maanbedrog. Zoals hierboven vermeld, beschermt het magnetische veld ons tegen kosmische deeltjes. De "verzamelde" deeltjes hopen zich op in bepaalde delen van het veld - de zogenaamde Van Alen-stralingsgordels. Sceptici die niet geloven in de realiteit van landingen op de maan geloven dat de astronauten tijdens de vlucht door de stralingsgordels een dodelijke dosis straling zouden krijgen.

Het magnetisch veld van de aarde is een verbazingwekkend gevolg van de wetten van de fysica, een beschermend schild, oriëntatiepunt en schepper van de aurora's. Zonder dit zou het leven op aarde er heel anders uit kunnen zien. In het algemeen, als er geen magnetisch veld zou zijn, zou het moeten worden uitgevonden.

Laten we samen begrijpen wat een magnetisch veld is. Veel mensen leven immers hun hele leven in dit veld en denken er niet eens over na. Tijd om het te repareren!

Een magnetisch veld

Een magnetisch veld is een bijzonder soort zaak. Het manifesteert zich in de actie op bewegende elektrische ladingen en lichamen die hun eigen magnetisch moment hebben (permanente magneten).

Belangrijk: een magnetisch veld werkt niet op stationaire ladingen! Een magnetisch veld wordt ook gecreëerd door elektrische ladingen te verplaatsen of in de tijd te veranderen elektrisch veld, of magnetische momenten van elektronen in atomen. Dat wil zeggen, elke draad waardoor stroom vloeit, wordt ook een magneet!

Een lichaam met een eigen magnetisch veld.

Een magneet heeft polen die noord en zuid worden genoemd. De aanduidingen "noord" en "zuidelijk" worden alleen voor het gemak gegeven (als "plus" en "min" in elektriciteit).

Het magnetische veld wordt weergegeven door kracht magnetische lijnen. De krachtlijnen zijn continu en gesloten, en hun richting valt altijd samen met de richting van de veldkrachten. Als metaalspaanders rond een permanente magneet worden verspreid, zullen de metaaldeeltjes een duidelijk beeld geven van de magnetische veldlijnen die uit het noorden komen en de zuidpool binnengaan. Grafisch kenmerk van het magnetische veld - krachtlijnen.

Magnetische veldkarakteristieken

De belangrijkste kenmerken van het magnetische veld zijn: magnetische inductie, magnetische flux en magnetische permeabiliteit:. Maar laten we alles in volgorde bespreken.

We merken meteen op dat alle meeteenheden in het systeem worden gegeven SI.

Magnetische inductie B – vector fysieke hoeveelheid, wat het belangrijkste vermogenskenmerk van het magnetische veld is. Aangeduid met een letter B . De meeteenheid van magnetische inductie - Tesla (Tl).

Magnetische inductie geeft aan hoe sterk een veld is door de kracht te bepalen waarmee het op een lading inwerkt. Deze kracht heet Lorentzkracht.

Hier q - aanval, v - zijn snelheid in een magnetisch veld, B - inductie, F is de Lorentzkracht waarmee het veld op de lading inwerkt.

F- een fysieke grootheid gelijk aan het product van magnetische inductie door het gebied van de contour en de cosinus tussen de inductievector en de normaal op het vlak van de contour waardoor de stroom passeert. Magnetische flux is een scalaire eigenschap van een magnetisch veld.

We kunnen zeggen dat de magnetische flux het aantal magnetische inductielijnen karakteriseert die een oppervlakte-eenheid binnendringen. De magnetische flux wordt gemeten in Weberach (WB).

Magnetische permeabiliteit- coëfficiënt die bepaalt magnetische eigenschappen omgeving. Een van de parameters waarvan de magnetische inductie van het veld afhangt, is de magnetische permeabiliteit.

Onze planeet is al miljarden jaren een enorme magneet. De inductie van het aardmagnetisch veld varieert afhankelijk van de coördinaten. Op de evenaar is het ongeveer 3,1 keer 10 tot de min vijfde macht van Tesla. Daarnaast zijn er magnetische anomalieën, waarbij de waarde en richting van het veld aanzienlijk verschillen van aangrenzende gebieden. Een van de grootste magnetische anomalieën op de planeet - Koersk en Braziliaanse magnetische anomalie.

De oorsprong van het aardmagnetisch veld is nog steeds een mysterie voor wetenschappers. Aangenomen wordt dat de bron van het veld de vloeibare metalen kern van de aarde is. De kern is in beweging, wat betekent dat de gesmolten ijzer-nikkellegering in beweging is, en de beweging van geladen deeltjes is wat het is. elektriciteit, het genereren van een magnetisch veld. Het probleem is dat deze theorie geodynamisch) legt niet uit hoe het veld stabiel wordt gehouden.

De aarde is een enorme magnetische dipool. De magnetische polen vallen niet samen met de geografische, hoewel ze dicht bij elkaar liggen. Bovendien bewegen de magnetische polen van de aarde. Hun verplaatsing is geregistreerd sinds 1885. In de afgelopen honderd jaar is de magnetische pool op het zuidelijk halfrond bijvoorbeeld bijna 900 kilometer verschoven en bevindt zich nu in de Zuidelijke Oceaan. De pool van het noordpoolhalfrond beweegt door het noorden Arctische Oceaan naar de Oost-Siberische magnetische anomalie was de snelheid van zijn beweging (volgens 2004) ongeveer 60 kilometer per jaar. Nu is er een versnelling van de beweging van de polen - gemiddeld groeit de snelheid met 3 kilometer per jaar.

Wat is de betekenis van het aardmagnetisch veld voor ons? Allereerst beschermt het aardmagnetisch veld de planeet tegen: kosmische stralen en zonnewind. Geladen deeltjes uit de verre ruimte vallen niet rechtstreeks op de grond, maar worden afgebogen door een gigantische magneet en bewegen langs zijn krachtlijnen. Zo zijn alle levende wezens beschermd tegen schadelijke straling.

Tijdens de geschiedenis van de aarde zijn er verschillende inversies(veranderingen) van magnetische polen. pool inversie is wanneer ze van plaats veranderen. De laatste keer dat dit fenomeen zich voordeed, ongeveer 800 duizend jaar geleden, en er waren meer dan 400 geomagnetische omkeringen in de geschiedenis van de aarde.Sommige wetenschappers zijn van mening dat, gezien de waargenomen versnelling van de beweging van de magnetische polen, de volgende omkering van de polen zou moeten zijn verwacht in de komende paar duizend jaar.

Gelukkig wordt er in onze eeuw geen omkering van de polen verwacht. U kunt dus nadenken over het aangename en genieten van het leven in het goede oude constante veld van de aarde, rekening houdend met de belangrijkste eigenschappen en kenmerken van het magnetische veld. En zodat u dit kunt doen, zijn er onze auteurs, aan wie sommige van de educatieve problemen met vertrouwen in succes kunnen worden toevertrouwd! en ander werk kunt u bestellen via de link.