ZEMLJINO MAGNETNO POLJE: IZVOR, ZNAČILNOSTI, FUNKCIJA - FIZIČNO - 2026

V Zemljino magnetno polje je magnetni učinek, ki v deluje Zemlji in ki se razteza od notranjosti do sto kilometrov v prostoru. Zelo je podoben tistemu, ki ga proizvaja barski magnet. To zamisel je v 17. stoletju predlagal angleški znanstvenik William Gilbert, ki je prav tako ugotovil, da ni mogoče ločiti polov magneta.

Slika 1 prikazuje zemeljske črte magnetnega polja. Vedno so zaprti, gredo skozi notranjost in nadaljujejo po zunanji strani, tvorijo nekakšen pokrov.

Slika 1. Zemljino magnetno polje je podobno kot barski magnet. Vir: Wikimedia Commons.

Izvor zemeljskega magnetnega polja je še vedno skrivnost. Zunanje jedro zemlje, izdelano iz litega železa, samo po sebi ne more ustvariti polja, saj je temperatura taka, da uničuje magnetni red. Temperaturni prag za to je znan kot temperatura Curie. Zato je nemogoče, da bi velika masa magnetiziranega materiala bila odgovorna za polje.

Po izključitvi te hipoteze moramo izvor polja iskati v drugem pojavu: vrtenju zemlje. Zaradi tega se staljeno jedro neenakomerno vrti, kar ustvarja dinamov učinek, v katerem tekočina spontano ustvari magnetno polje.

Verjame se, da je dinamov učinek vzrok za magnetizem astronomskih predmetov, na primer sonca. Toda do zdaj ni znano, zakaj se tekočina lahko obnaša na ta način in kako proizvedeni električni tokovi uspejo ostati.

značilnosti

- Zemljino magnetno polje je rezultat treh prispevkov: notranjega polja, zunanjega magnetnega polja in magnetnega minerala v skorji:

1. Notranje polje: je podobno magnetnemu dipolu (magnetu), ki se nahaja v središču Zemlje, njegov prispevek pa je približno 90%. V času se spreminja zelo počasi.
2. Zunanje polje: izvira iz sončne aktivnosti v plasteh atmosfere. Ne izgleda kot dipol in ima veliko različic: dnevno, letno, magnetne nevihte in še več.
3. Magnetne kamnine v zemeljski skorji, ki ustvarjajo tudi svoje polje.

- Magnetno polje je polarizirano in predstavlja severni in južni pol, tako kot barski magnet.

- Ker nasprotna pola drug drugega privlačita, igro kompasa, ki je njen severni pol, vedno kaže na bližino geografskega severa, kjer je južni pol Zemljinega magneta.

- Smer magnetnega polja je predstavljena v obliki zaprtih črt, ki zapustijo magnetni jug (severni pol magneta) in vstopijo v magnetni sever (južni pol magneta).

- Na magnetnem severu in tudi na magnetnem jugu je polje pravokotno na zemeljsko površje, na ekvatorju pa polje. (glej sliko 1)

- Intenzivnost polja je na polih veliko večja kot na ekvatorju.

- os zemeljskega dipola (slika 1) in os vrtenja nista poravnani. Med njimi je premik 11,2 °.

Geomagnetni elementi

Ker je magnetno polje vektorsko, kartezijanski koordinatni sistem XYZ s poreklom O pomaga določiti svoj položaj.

Slika 2. Geomagnetni elementi. Vir: F. Zapata.

Skupna intenzivnost magnetnega polja ali indukcije je B, njegove štrleči deli ali sestavni deli pa so: H vodoravno in Z navpično. Povezuje jih:

-D, kot magnetne deklinacije, ki nastane med H in geografskim severom (os X), pozitiven proti vzhodu in negativen proti zahodu.

-I, kot magnetnega naklona med B in H, pozitiven, če je B pod vodoravnikom.

Igla kompasa bo usmerjena v smeri H, vodoravne komponente polja. Ravnina, ki jo določita B in H, se imenuje magnetni poldnevnik, ZX pa geografski poldnevnik.

Vektor magnetnega polja je popolnoma določen, če so znane tri od naslednjih količin, ki jih imenujemo geomagnetni elementi: B , H, D, I, X, Y, Z.

Funkcija

Tu je nekaj najpomembnejših funkcij zemeljskega magnetnega polja:

-Človeki se že sto let uporabljajo za orientacijo po kompasu.

-Upravlja zaščitno funkcijo planeta, tako da ga ovije in odbije nabito delce, ki jih Sonce neprestano oddaja.

-Čeprav je Zemljino magnetno polje (30 - 60 mikro Tesla) v primerjavi s tistimi v laboratoriju šibko, je dovolj močno, da ga nekatere živali uporabljajo za orientacijo. Tako tudi ptice selivke, domači golobi, kiti in nekatere šole rib.

- Za iskanje mineralnih surovin se uporablja magnetometrija ali merjenje magnetnega polja.

Severna luč in južna

Znani so kot severna ali južna luč. Pojavijo se na zemljepisnih širinah blizu polov, kjer je magnetno polje skoraj pravokotno na zemeljsko površje in veliko bolj intenzivno kot na ekvatorju.

Slika 3. Severna luč na Aljaski. Vir: Wikimedia Commons.

Izvirajo iz velike količine nabitih delcev, ki jih Sonce nenehno pošilja. Tisti, ki jih ujame polje, zaradi večje intenzivnosti navadno plujejo proti polovam. Tam jo izkoristijo za ionizacijo ozračja in med tem oddaja vidno svetlobo.

Zaradi bližine magnetnega pola je severna luč vidna na Aljaski, Kanadi in severni Evropi. A zaradi selitve tega je mogoče, da sčasoma postanejo bolj vidne proti severu Rusije.

Za zdaj se zdi, da to ne drži, saj aurore ne sledijo natančno magnetnemu severu.

Magnetna deklinacija in navigacija

Za plovbo, še posebej na zelo dolgih potovanjih, je izredno pomembno poznati magnetno deklinacijo, da bi lahko naredili potreben popravek in našli pravi sever.

To dosežemo s pomočjo zemljevidov, ki označujejo črte enake deklinacije (izogonalne), saj se deklinacija močno razlikuje glede na geografsko lego. To je posledica dejstva, da magnetno polje nenehno doživlja krajevne razlike.

Številke, ki so naslikane na vzletno-pristajalnih stezah, so smeri v stopinjah glede na magnetni sever, deljene z 10 in zaobljene.

Fantje na severu

Kot se zdi zmedeno, obstaja več vrst severa, ki jih opredeljujejo nekatera posebna merila. Tako lahko najdemo:

Magnetni sever je točka na Zemlji, kjer je magnetno polje pravokotno na površino. Tam kompas kaže in mimogrede ni antipodalni (diametralno nasprotno) z magnetnim jugom.

Geomagnetni sever , je kraj, kjer se os magnetnega dipola dvigne na površino (glej sliko 1). Ker je Zemljino magnetno polje nekoliko bolj zapleteno kot dipolno polje, se ta točka ne ujema ravno z magnetnim severom.

Geografsko proti severu gre os vrtenja zemlje skozi tam.

Severno od Lamberta ali mreže je točka, na kateri se konverdirajo meridiani zemljevidov. Ne ustreza natančno pravemu ali geografskemu severu, saj je sferična površina Zemlje popačena, ko je projicirana na ravnino.

Slika 4. Različni severi in njihova lega. Vir: Wikimedia Commons. Cavit

Inverzija magnetnega polja

Obstaja zagonetno dejstvo: magnetni drogovi lahko v nekaj tisoč letih spremenijo položaj, in to se trenutno dogaja. V resnici je znano, da se je to zgodilo 171-krat prej, v zadnjih 17 milijonih let.

Dokaze najdemo v kamninah, ki izvirajo iz preloma sredi Atlantskega oceana. Ko se izkaže, se skala ohladi in strdi, tako da za trenutek nastavi smer magnetiziranja Zemlje, ki jo ohranimo.

Zaenkrat še ni zadovoljive razlage, zakaj se to zgodi, niti ni vira energije, potrebnega za obrnitev polja.

Kot smo že govorili, se magnetni sever trenutno hitro premika proti Sibiriji, jug pa se giblje, čeprav počasneje.

Nekateri strokovnjaki menijo, da je to posledica hitrega pretoka tekočega železa tik pod Kanado, ki oslabi polje. Morda so to tudi začetki magnetnega preobrata. Zadnji, ki se je zgodil, je bil pred 700.000 leti.

Mogoče se lahko, da se dinamo, ki povzroči magnetizem Zemlje, za čas izklopi, bodisi spontano bodisi zaradi kakšnega zunanjega posredovanja, kot je na primer pristop kometov, čeprav za slednje ni dokazov.

Ko se dinamo ponovno zažene, so magnetni drogovi zamenjali mesta. Lahko pa se tudi zgodi, da inverzija ni popolna, temveč začasna sprememba dipolne osi, ki se bo končno vrnila v prvotni položaj.

Preizkus

Izvaja se s Helmholtz tuljavami: dve enaki in koncentrični krožni tuljavi, skozi katere prehaja enaka intenziteta toka. Magnetno polje tuljav vpliva na Zemljino polje in tako nastane magnetno polje.

Slika 5. Eksperimentirajte za določitev vrednosti zemeljskega magnetnega polja. Vir: F. Zapata.

V notranjosti tuljav se ustvari približno enakomerno magnetno polje, katerega velikost je:

-Ja intenziteta toka

-μ _o je magnetna prepustnost vakuuma

-R je polmer tuljav

Proces

S kompasom nameščen v aksialni osi tuljave, določanje smeri prizemni magnetnega polja B _T .

-Oriente os tuljav pravokotna na B _T . Tako polje B _H bo generiran kot je trenutna opravil, je pravokotna B _T . V tem primeru:

Slika 6. Nastalo polje je tisto, kar bo označila igla kompasa. Vir: F. Zapata.

-B _H je sorazmeren s tokom, ki poteka skozi tuljave, tako da je B _H = kI, kjer je k konstanta, ki je odvisna od geometrije omenjenih tuljav: polmer in število obratov. Merilni tok, ima lahko vrednost B _H . Torej:

Tako:

-Pred tuljave se prenašajo različni tokovi in ​​pari (I, tg θ) so zapisani v tabelo.

-Graf I vs. tg θ. Ker je odvisnost linearna, pričakujemo, da bomo dobili črto, katere naklon m je:

-Končno, iz ravne - črta ustreza najmanjših kvadratov ali vizualno prilagoditev nadaljuje proti določi vrednost B _T .

Reference

1. Zemljino magnetno polje. Obnovljeno od: web.ua.es
2. Skupina za magnetno hidrodinamiko Univerze v Navarri. Dinamov učinek: zgodovina. Pridobljeno: fisica.unav.es.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fizika: pogled na svet. 6. skrajšana izdaja. Cengage Learning.
4. POT. Zemljino magnetno polje in njegove spremembe v času. Pridobljeno: image.gsfc.nasa.gov.
5. NatGeo. Zemeljski magnetni severni pol se premika. Pridobljeno: ngenespanol.com.
6. Znanstveni ameriški. Zemlja ima več kot en severni pol. Pridobljeno: scienceamerican.com.
7. Wikipedija. Geomagnetni pol. Pridobljeno: en.wikipedia.org.