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

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;

1 T = 104 Gs.

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

Ervaring

Bron: natuurkundeboeken over magnetisme, cursus Berkeley.

Onderwerp: m magnetische velden in materie.

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

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

1. Het ontwerp van de spoel zorgt voor een sterk magnetisch veld. Getoond wordt de dwarsdoorsnede van de wikkeling waar het koelwater doorheen stroomt. 2. De curve van de grootte van het veld B2 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 levert een constant veld van 30.000 g in het midden, als je er 400 naartoe brengt kW elektriciteit en watervoorziening voor ongeveer 120 l 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 tamelijk uniform en neemt het op de as nabij de uiteinden van de spoel met ongeveer de helft af.

conclusies

Dus, zoals experimenten laten zien, is bij 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 aardveld.

Ook slechts twee keer - niet "af en toe!" - buiten de magneet is hij kleiner.

En tegelijkertijd 5-10 keer de kracht 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 bij de kleinste positieverandering goed op het veld van de aarde of zijn afwijkingen. Wat zegt het?

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

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

Elke magnetometer is gebouwd 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 nabije ruimte.

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

De invloed van het magnetische veld - experimenten

Het is bekend dat zelfs sterke magnetische velden vrijwel 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 dan een paar gram bedragen. Hele generaties muizen zijn gefokt en grootgebracht in sterke magnetische velden die geen merkbaar effect op hen hebben gehad. Andere biologische experimenten konden ook niets vinden 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 tot de conclusie kunnen leiden dat de zwaartekracht geen energetische betekenis heeft op moleculaire schaal, maar dat bomen op een heuvel niettemin verticaal groeien. 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 experimenteel aangetoond in het geval van zaailingen die groeien in de aanwezigheid van een zeer niet-uniform magnetisch veld.

Als u uw hoofd in een sterk magnetisch veld plaatst en ermee schudt, 'proeft' u overigens een elektrolytische stroom in uw mond, wat een 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 de magnetische processen.

conclusies

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

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

Berekeningen

1 gauss = 1 10 -4 tesla.

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

De figuur toont de totale intensiteit van het magnetische veld van de aarde voor het tijdperk van 1980. Isolijnen T worden door 4 μT getrokken (uit P. Sharma's boek "Geophysical methoden in regionale geologie").

Dus

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

Dat is de manier moderne wetenschap over aardmagnetisme heeft het basisprincipe van magnetisme al lang verlaten: twee magneten die plat op elkaar liggen, hebben de neiging zich met tegenovergestelde polen te verbinden.

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 bij de polen is dit met deze opstelling van de magneet wel zo, maar de horizontale kracht verdwijnt.

Bovendien is het verschil tussen deze componenten slechts 2 keer!

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

Waarom je het magnetische veld van de aarde nodig hebt, zul je uit dit artikel leren.

Wat is de waarde van het magnetische veld van de aarde?

In de eerste plaats 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 traject en stuurt ze langs de veldlijn.

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

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

Wat is het magnetisch veld van de aarde?

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

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

De meeste planeten zonnestelsel bezitten magnetische velden in verschillende mate. Als je ze op een rij plaatst volgens de afname van het dipoolmagnetisch moment, krijg je het volgende beeld: Jupiter, Saturnus, Aarde, Mercurius en Mars. belangrijkste reden het voorkomen ervan is de aanwezigheid van een vloeibare kern.

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

Het magnetische veld van de aarde is het gebied rond onze planeet waar magnetische krachten werken. De vraag naar 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 magnetische veld van de aarde 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 stromingen 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 verklaart, 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 staat 11,6 graden schuin ten opzichte van de rotatieas van de aarde. Omdat het verschil niet erg groot 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 omvatten 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 bestaan aardse soort hebben geen metalen kern en zijn dienovereenkomstig verstoken van een magnetisch veld. Tot nu toe werd aangenomen dat de planeten, die net als de aarde uit massief gesteente bestaan, 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 observaties, dan zullen ze herschreven moeten worden om de waarschijnlijkheid 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. Het is waar dat geofysici nog niet precies kunnen zeggen wanneer dit zal gebeuren. Feit is dat de magnetische polen van de aarde onstabiel zijn. Periodiek wisselen ze van plaats. Nog niet zo lang geleden ontdekten onderzoekers dat de aarde de wisseling van polen "herinnert". Een analyse van dergelijke ‘herinneringen’ toonde aan dat het magnetische noorden en zuiden de afgelopen 160 miljoen jaar 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 dinosauriërs verklaart, beweert dat reuzenreptielen precies tijdens deze periode zijn uitgestorven volgende dienst palen.

Naast de ‘sporen’ van geplande activiteiten om de polen te veranderen, merkten de onderzoekers gevaarlijke verschuivingen op in het magnetische veld van de aarde. Een analyse van gegevens over zijn toestand over 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 zone van zorg 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 de "normale". Onderzoekers hebben lange tijd aandacht besteed aan dit ‘gat’ in het magnetische veld van de aarde. Uit de gegevens die over een periode van 150 jaar zijn verzameld, blijkt 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 toename (hoewel onbeduidend) zijn van het zuurstofgehalte in de atmosfeer van de aarde. De verbinding tussen het aardmagnetisch veld en dit gas werd tot stand gebracht met behulp van het satellietsysteem Cluster, een project van de European Space Agency. Wetenschappers hebben ontdekt dat het magnetische veld zuurstofionen versnelt en deze de ruimte in 'werpt'.

Ondanks dat het magnetische veld niet zichtbaar is, voelen de bewoners van de aarde het goed. Trekvogels Ze vinden bijvoorbeeld een manier en concentreren zich daarop. Er zijn verschillende hypothesen die precies verklaren hoe zij het veld voelen. Eén 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 fungeren.

Naast vogels gebruiken zeeschildpadden het magnetische veld van de aarde in plaats van GPS. En, zoals blijkt uit de analyse van satellietfoto's 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, kwamen wetenschappers tot de conclusie dat deze dieren de voorkeur hebben (of van zuid naar noord). Bovendien zijn de ‘referentiepunten’ voor koeien niet geografisch, maar precies de magnetische polen van de aarde. Het mechanisme achter de perceptie van het magnetische veld door koeien en de redenen voor een dergelijke reactie daarop blijven onduidelijk.

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

Het magnetische veld is niet genegeerd door aanhangers van een van de ‘complottheorieën’: de theorie van de 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 ontvangen.

Het magnetische veld van de aarde is een verbazingwekkend gevolg van de wetten van de natuurkunde, een beschermend schild, oriëntatiepunt en schepper van de aurora's. Zonder dit zou het leven op aarde er misschien heel anders uitzien. Als er geen magnetisch veld zou zijn, zou het over het algemeen moeten worden uitgevonden.

Laten we samen begrijpen wat een magnetisch veld is. Veel mensen leven tenslotte hun hele leven in dit veld en denken er niet eens aan. 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 magnetische 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 waar stroom doorheen vloeit, wordt ook een magneet!

Een lichaam dat zijn eigen magnetisch veld heeft.

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

Het magnetische veld wordt weergegeven door magnetische lijnen forceren. De krachtlijnen zijn continu en gesloten, en hun richting valt altijd samen met de richting van de veldkrachten. Als er metaalspaanders rond een permanente magneet worden verspreid, zullen de metaaldeeltjes een duidelijk beeld laten zien van magnetische veldlijnen die vanuit het noorden naar de zuidpool komen. 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 de belangrijkste krachtkarakteristiek is van het magnetische veld. 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 wordt genoemd Lorentz-kracht.

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 scalair kenmerk van een magnetisch veld.

We kunnen zeggen dat de magnetische flux het aantal magnetische inductielijnen karakteriseert dat een oppervlakte-eenheid binnendringt. De magnetische flux wordt gemeten Weberach (Wb).

Magnetische permeabiliteit- coëfficiënt die bepalend is magnetische eigenschappen omgeving. Eén 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 magnetische veld van de aarde varieert afhankelijk van de coördinaten. Op de evenaar is dit ongeveer 3,1 maal 10 tot de min vijfde macht van Tesla. Bovendien zijn er magnetische afwijkingen, waarbij de waarde en richting van het veld aanzienlijk verschillen van aangrenzende gebieden. Een van de grootste magnetische anomalieën ter wereld - Koersk En Braziliaanse magnetische anomalie.

De oorsprong van het magnetische veld van de aarde is nog steeds een mysterie voor wetenschappers. Er wordt aangenomen dat de bron van het veld de kern van vloeibaar metaal van de aarde is. De kern beweegt, wat betekent dat de gesmolten ijzer-nikkellegering beweegt, en de beweging van geladen deeltjes is wat het is. elektriciteit, waardoor een magnetisch veld ontstaat. Het probleem is dat deze theorie geodynamo) 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 polen, hoewel ze dicht bij elkaar liggen. Bovendien zijn de magnetische polen van de aarde in beweging. Hun verplaatsing wordt sinds 1885 geregistreerd. 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 arctisch halfrond beweegt door het noorden Arctische Oceaan Vanwege de magnetische anomalie in Oost-Siberië bedroeg de bewegingssnelheid (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 magnetische veld van de aarde 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 de krachtlijnen ervan. Zo worden alle levende wezens beschermd tegen schadelijke straling.

In de geschiedenis van de aarde zijn er meerdere geweest inversies(veranderingen) van magnetische polen. Inversie van de pool is wanneer ze van plaats wisselen. De laatste keer dat dit fenomeen plaatsvond, ongeveer 800.000 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 poolomkering zou moeten zijn verwacht in de komende paar duizend jaar.

Gelukkig wordt er in onze eeuw geen omkering van de polen verwacht. Je kunt dus nadenken over het aangename en genieten van het leven in het goede oude constante veld van de aarde, nadat je de belangrijkste eigenschappen en kenmerken van het magnetische veld hebt overwogen. En zodat u dit kunt doen, zijn er onze auteurs, aan wie enkele onderwijsproblemen met vertrouwen op succes kunnen worden toevertrouwd! en andere soorten werk kunt u bestellen via de link.