Магнитно поле: причини и характеристики. Магнитно поле

Магнитното поле на Земята е формация, генерирана от източници в рамките на планетата. Тя е обект на изследване на съответния раздел на геофизиката. След това нека разгледаме по-отблизо какво е магнитното поле на Земята, как се формира.

Главна информация

Недалеч от повърхността на Земята, приблизително на разстояние от три от нейните радиуса, силовите линии от магнитното поле са подредени в система от "два полярни заряда". Ето една област, наречена "плазмена сфера". С отдалечаване от повърхността на планетата влиянието на потока от йонизирани частици от слънчевата корона се увеличава. Това води до компресия на магнитосферата от страната на Слънцето и обратно, магнитното поле на Земята се изтегля от противоположната страна на сянка.

плазмена сфера

Осезаемо въздействие върху повърхностното магнитно поле на Земята оказва насоченото движение на заредени частици в горните слоеве на атмосферата (йоносферата). Местоположението на последния е от стотина километра и повече от повърхността на планетата. Земното магнитно поле държи плазмосферата. Структурата му обаче силно зависи от активността на слънчевия вятър и взаимодействието му със задържащия слой. А честотата на магнитните бури на нашата планета се дължи на слънчевите изригвания.

Терминология

Има понятие за "магнитна ос на Земята". Това е права линия, която минава през съответните полюси на планетата. "Магнитният екватор" е големият кръг на равнината, перпендикулярна на тази ос. Векторът върху него има посока, близка до хоризонталната. Средната интензивност на магнитното поле на Земята е значително зависима от географското местоположение. Това е приблизително равно на 0,5 Oe, тоест 40 A / m. На магнитния екватор същият индикатор е приблизително 0,34 Oe, а близо до полюсите е близо 0,66 Oe. При някои аномалии на планетата, например в рамките на аномалията Курск, индикаторът се увеличава и възлиза на 2 Oe. Поле линиите на земната магнитосфера със сложна структура, проектирани върху нейната повърхност и сближаващи се на собствените й полюси, се наричат ​​"магнитни меридиани".

Естеството на възникване. Предположения и предположения

Не толкова отдавна предположението за връзката между появата на земната магнитосфера и токовия поток в течно метално ядро, разположено на разстояние от една четвърт или една трета от радиуса на нашата планета, получи право на съществуване. Учените имат предположение за така наречените "телурични течения", протичащи близо до земната кора. Трябва да се каже, че с течение на времето има трансформация на формацията. Магнитното поле на Земята се е променило много пъти през последните сто и осемдесет години. Това е фиксирано в океанската кора и това се доказва от изследвания на остатъчната магнетизация. Чрез сравняване на участъците от двете страни на океанските хребети се определя времето на разминаване на тези участъци.

Изместване на магнитния полюс на Земята

Местоположението на тези части на планетата не е постоянно. Фактът на тяхното преместване е регистриран от края на ХІХ век. В Южното полукълбо магнитният полюс се е изместил с 900 км през това време и се е озовал в Индийския океан. Подобни процеси протичат и в северната част. Тук полюсът се измества към магнитната аномалия в Източен Сибир. От 1973 до 1994 г. разстоянието, което участъкът е преместил тук, е 270 км. Тези предварително изчислени данни по-късно бяха потвърдени чрез измервания. По последни данни скоростта на магнитния полюс на Северното полукълбо се е увеличила значително. Той е нараснал от 10 км/год през седемдесетте години на миналия век до 60 км/година в началото на този век. В същото време силата на земното магнитно поле намалява неравномерно. Така през последните 22 години той е намалял на места с 1,7%, а някъде с 10%, въпреки че има и области, където, напротив, се е увеличил. Ускорението в изместването на магнитните полюси (с приблизително 3 km годишно) дава основание да се предположи, че наблюдаваното днес движение не е екскурзия, това е друга инверсия.

Това се потвърждава косвено от увеличаването на така наречените „полярни процепи“ в южната и северната част на магнитосферата. Йонизираният материал на слънчевата корона и пространството бързо прониква в получените разширения. От това в субполярните райони на Земята се събира все по-голямо количество енергия, което само по себе си е изпълнено с допълнително нагряване на полярните ледени шапки.

Координати

Науката, която изучава космическите лъчи, използва координатите на геомагнитното поле, кръстено на учения МакИлуейн. Той беше първият, който предложи използването им, тъй като те се основават на модифицирани варианти на активността на заредените елементи в магнитно поле. За точка се използват две координати (L, B). Те характеризират магнитната обвивка (параметърът на МакИлуейн) и индукцията на полето L. Последният е параметър, равен на отношението на средното разстояние на сферата от центъра на планетата към нейния радиус.

"Магнитно наклонение"

Преди няколко хиляди години китайците направиха невероятно откритие. Те открили, че магнетизираните обекти могат да бъдат поставени в определена посока. И в средата на шестнадесети век германският учен Георг Картман прави още едно откритие в тази област. Така се появи концепцията за "магнитно наклонение". Това име означава ъгълът на отклонение на стрелката нагоре или надолу от хоризонталната равнина под влияние на магнитосферата на планетата.

От историята на изследванията

В района на северния магнитен екватор, който е различен от географския, северният край се спуска надолу, а на юг, напротив, се издига нагоре. През 1600 г. английският лекар Уилям Гилбърт за първи път прави предположения за наличието на магнитно поле на Земята, което предизвиква определено поведение на предварително намагнитирани обекти. В книгата си той описва експеримент с топка, оборудвана с желязна стрела. В резултат на изследвания той стига до заключението, че Земята е голям магнит. Експериментите са проведени и от английския астроном Хенри Гелибрант. В резултат на своите наблюдения той стига до извода, че магнитното поле на Земята подлежи на бавни промени.

Хосе де Акоста описа възможността за използване на компас. Той също така установява разликата между магнитния и северния полюс, а в неговата известна история (1590 г.) е обоснована теорията за линиите без магнитно отклонение. Христофор Колумб също има значителен принос за изследването на разглеждания въпрос. Той притежава откритието на несъответствието на магнитната деклинация. Трансформациите се правят в зависимост от промените в географските координати. Магнитната деклинация е ъгълът на отклонение на стрелката от посоката север-юг. Във връзка с откриването на Колумб изследванията се засилват. Информацията за това какво е магнитното поле на Земята беше изключително необходима за навигаторите. М. В. Ломоносов също работи по този проблем. За изучаването на земния магнетизъм той препоръчва провеждането на систематични наблюдения, като се използват постоянни точки (като обсерватории) за това. Също така беше много важно, според Ломоносов, това да се извърши в морето. Тази идея на великия учен е реализирана в Русия шестдесет години по-късно. Откриването на магнитния полюс в Канадския архипелаг принадлежи на английския полярен изследовател Джон Рос (1831). И през 1841 г. той открива и другия полюс на планетата, но вече в Антарктида. Хипотезата за произхода на земното магнитно поле е предложена от Карл Гаус. Скоро той също доказа, че по-голямата част от него се захранва от източник вътре в планетата, но причината за леките му отклонения е във външната среда.

Магнитното поле е специална форма на материя, която се създава от магнити, проводници с ток (движещи се заредени частици) и която може да бъде открита чрез взаимодействието на магнити, проводници с ток (движещи се заредени частици).

Опитът на Ерстед

Първите експерименти (извършени през 1820 г.), които показват, че съществува дълбока връзка между електрическите и магнитните явления, са опитите на датския физик Х. Ерстед.

Магнитна игла, разположена близо до проводника, се върти под определен ъгъл, когато токът се включи в проводника. Когато веригата се отвори, стрелката се връща в първоначалното си положение.

От опита на Г. Ерстед следва, че около този проводник има магнитно поле.

Ампер опит
Два успоредни проводника, през които протича електрически ток, взаимодействат един с друг: те се привличат, ако токовете са в една и съща посока, и се отблъскват, ако токовете са в противоположна посока. Това се дължи на взаимодействието на магнитните полета, които възникват около проводниците.

Свойства на магнитното поле

1. Материално, т.е. съществува независимо от нас и нашето знание за него.

2. Създаден от магнити, проводници с ток (движещи се заредени частици)

3. Открива се от взаимодействието на магнити, проводници с ток (движещи се заредени частици)

4. Действа върху магнити, проводници с ток (движещи се заредени частици) с известна сила

5. В природата няма магнитни заряди. Не можете да разделите северния и южния полюс и да получите тяло с един полюс.

6. Причината телата да имат магнитни свойства е открита от френския учен Ампер. Ампер направи извода, че магнитните свойства на всяко тяло се определят от затворени електрически токове вътре в него.

Тези токове представляват движението на електрони по орбити в атома.

Ако равнините, в които циркулират тези токове, са разположени произволно една спрямо друга поради термичното движение на молекулите, които изграждат тялото, тогава техните взаимодействия са взаимно компенсирани и тялото не проявява никакви магнитни свойства.

И обратното: ако равнините, в които се въртят електроните, са успоредни една на друга и посоките на нормалите към тези равнини съвпадат, тогава такива вещества засилват външното магнитно поле.

7. Магнитните сили действат в магнитно поле в определени посоки, които се наричат ​​магнитни силови линии. С тяхна помощ можете удобно и ясно да покажете магнитното поле в конкретен случай.

За да изобразим по-точно магнитното поле, се разбрахме на тези места, където полето е по-силно, да покажем силовите линии, разположени по-плътно, т.е. по-близо един до друг. И обратно, на места, където полето е по-слабо, линиите на полето се показват в по-малък брой, т.е. по-рядко разположени.

8. Магнитното поле характеризира вектора на магнитната индукция.

Векторът на магнитната индукция е векторна величина, която характеризира магнитното поле.

Посоката на вектора на магнитната индукция съвпада с посоката на северния полюс на свободна магнитна игла в дадена точка.

Посоката на вектора на индукция на полето и силата на тока I са свързани с „правилото на десния винт (гимлет)“:

ако завиете джилета по посока на тока в проводника, тогава посоката на скоростта на движение на края на дръжката му в дадена точка ще съвпадне с посоката на вектора на магнитната индукция в тази точка.

Още си спомняме за магнитното поле от училище, точно това е, "изскача" в спомените не на всеки. Нека освежим преживяното и може би ще ви кажем нещо ново, полезно и интересно.

Определяне на магнитното поле

Магнитното поле е силово поле, което действа върху движещи се електрически заряди (частици). Благодарение на това силово поле обектите се привличат един към друг. Има два вида магнитни полета:

1. Гравитационно - образува се изключително близо до елементарни частици и вируе в силата си въз основа на характеристиките и структурата на тези частици.
2. Динамичен, произвеждан в обекти с движещи се електрически заряди (предаватели на ток, магнетизирани вещества).

За първи път обозначението на магнитното поле е въведено от М. Фарадей през 1845 г., въпреки че значението му е малко погрешно, тъй като се смята, че както електрическите, така и магнитните ефекти и взаимодействия се основават на едно и също материално поле. По-късно през 1873 г. Д. Максуел „представя” квантовата теория, в която тези понятия започват да се разделят, а изведеното по-рано силово поле се нарича електромагнитно поле.

Как се появява магнитното поле?

Магнитните полета на различни обекти не се възприемат от човешкото око и само специални сензори могат да го фиксират. Източникът на появата на магнитно силово поле в микроскопичен мащаб е движението на магнетизирани (заредени) микрочастици, които са:

• йони;
• електрони;
• протони.

Тяхното движение се дължи на спиновия магнитен момент, който присъства във всяка микрочастица.

Магнитно поле, къде може да се намери?

Колкото и странно да звучи, но почти всички обекти около нас имат свое собствено магнитно поле. Въпреки че в концепцията на мнозина, само камъче, наречено магнит, има магнитно поле, което привлича железни предмети към себе си. Всъщност силата на привличане е във всички обекти, тя се проявява само в по-ниска валентност.

Трябва също така да се изясни, че силовото поле, наречено магнитно, се появява само при условие, че електрическите заряди или телата се движат.

Неподвижните заряди имат електрическо силово поле (то може да присъства и в движещи се заряди). Оказва се, че източниците на магнитно поле са:

• постоянни магнити;
• мобилни такси.

Дълго време магнитното поле повдига много въпроси у хората, но дори и сега остава малко познат феномен. Много учени се опитаха да проучат неговите характеристики и свойства, тъй като ползите и потенциалът от използването на полето бяха неоспорими факти.

Да вземем всичко по ред. И така, как действа и се образува всяко магнитно поле? Точно така, електрически ток. А токът според учебниците по физика е поток от заредени частици с посока, нали? И така, когато ток преминава през който и да е проводник, около него започва да действа определен вид материя - магнитно поле. Магнитното поле може да бъде създадено от тока на заредените частици или от магнитните моменти на електроните в атомите. Сега това поле и материя имат енергия, ние я виждаме в електромагнитни сили, които могат да повлияят на тока и неговите заряди. Магнитното поле започва да действа върху потока от заредени частици и те променят първоначалната посока на движение перпендикулярно на самото поле.

Друго магнитно поле може да се нарече електродинамично, тъй като се образува близо до движещи се частици и засяга само движещи се частици. Е, той е динамичен поради факта, че има специална структура във въртящи се биони в област от пространството. Един обикновен електрически движещ се заряд може да ги накара да се въртят и движат. Бионите предават всякакви възможни взаимодействия в тази област на пространството. Следователно движещият се заряд привлича един полюс от всички биони и ги кара да се въртят. Само той може да ги изведе от състояние на покой, нищо друго, защото други сили няма да могат да им влияят.

В електрическо поле има заредени частици, които се движат много бързо и могат да изминат 300 000 км само за секунда. Светлината има същата скорост. Няма магнитно поле без електрически заряд. Това означава, че частиците са невероятно тясно свързани помежду си и съществуват в общо електромагнитно поле. Тоест, ако има някакви промени в магнитното поле, тогава ще има промени в електрическото поле. Този закон също е обърнат.

Тук говорим много за магнитното поле, но как можете да си го представите? Не можем да го видим с човешкото си просто око. Освен това, поради невероятно бързото разпространение на полето, ние нямаме време да го поправим с помощта на различни устройства. Но за да се изучава нещо, човек трябва да има поне някаква представа за него. Също така често е необходимо да се изобрази магнитното поле в диаграми. За да се улесни разбирането му, се начертават условни полеви линии. Откъде ги взеха? Измислени са с причина.

Нека се опитаме да видим магнитното поле с помощта на малки метални стърготини и обикновен магнит. Ще излеем тези стърготини върху равна повърхност и ще ги въведем в действието на магнитно поле. След това ще видим, че те ще се движат, завъртат и ще се подреждат в шаблон или модел. Полученото изображение ще покаже приблизителния ефект на силите в магнитно поле. Всички сили и съответно силовите линии са непрекъснати и затворени на това място.

Магнитната стрелка има подобни характеристики и свойства като компаса и се използва за определяне на посоката на силовите линии. Ако попадне в зоната на действие на магнитно поле, можем да видим посоката на действие на силите от северния му полюс. След това ще откроим няколко извода оттук: върхът на обикновен постоянен магнит, от който излизат силовите линии, е обозначен със северния полюс на магнита. Докато южният полюс обозначава точката, където силите са затворени. Е, силовите линии вътре в магнита не са подчертани на диаграмата.

Магнитното поле, неговите свойства и характеристики са доста широко използвани, тъй като в много проблеми трябва да се вземе предвид и изучава. Това е най-важното явление в науката физика. По-сложните неща са неразривно свързани с него, като магнитна проницаемост и индукция. За да се обясни всички причини за появата на магнитно поле, трябва да се разчита на реални научни факти и потвърждения. В противен случай при по-сложни проблеми грешният подход може да наруши целостта на теорията.

Сега нека дадем примери. Всички познаваме нашата планета. Казвате, че няма магнитно поле? Може да сте прави, но учените казват, че процесите и взаимодействията вътре в земното ядро ​​създават огромно магнитно поле, което се простира на хиляди километри. Но всяко магнитно поле трябва да има своите полюси. И те съществуват, само разположени малко встрани от географския полюс. Как го усещаме? Например, птиците са развили навигационни способности и се ориентират по-специално от магнитното поле. И така, с негова помощ гъските пристигат благополучно в Лапландия. Специалните навигационни устройства също използват този феномен.

Магнитно полетова е материята, която възниква около източниците на електрически ток, както и около постоянните магнити. В космоса магнитното поле се показва като комбинация от сили, които могат да въздействат на намагнетизирани тела. Това действие се обяснява с наличието на задвижващи разряди на молекулярно ниво.

Магнитното поле се образува само около електрически заряди, които са в движение. Ето защо магнитното и електрическото поле са неразделни и заедно се образуват електромагнитно поле. Компонентите на магнитното поле са взаимосвързани и действат един върху друг, променяйки свойствата си.

Свойства на магнитното поле:
1. Магнитното поле възниква под въздействието на задвижващи заряди на електрически ток.
2. Във всяка своя точка магнитното поле се характеризира с вектор на физическа величина, наречена магнитна индукция, което е силовата характеристика на магнитното поле.
3. Магнитното поле може да въздейства само на магнити, проводими проводници и движещи се заряди.
4. Магнитното поле може да бъде от постоянен и променлив тип
5. Магнитното поле се измерва само със специални устройства и не може да бъде възприето от човешките сетива.
6. Магнитното поле е електродинамично, тъй като се генерира само при движение на заредени частици и влияе само на зарядите, които са в движение.
7. Заредените частици се движат по перпендикулярна траектория.

Размерът на магнитното поле зависи от скоростта на промяна на магнитното поле. Съответно има два вида магнитно поле: динамично магнитно полеи гравитационно магнитно поле. Гравитационно магнитно полевъзниква само в близост до елементарни частици и се образува в зависимост от структурните особености на тези частици.

Магнитен моментвъзниква, когато магнитно поле действа върху проводяща рамка. С други думи, магнитният момент е вектор, който се намира на линията, която върви перпендикулярно на рамката.

Магнитното поле може да бъде представено графичнос помощта на магнитни силови линии. Тези линии са начертани в такава посока, че посоката на силите на полето да съвпада с посоката на самата линия на полето. Линиите на магнитното поле са непрекъснати и затворени едновременно.

Посоката на магнитното поле се определя с помощта на магнитна игла. Силовите линии определят и полярността на магнита, краят с изхода на силовите линии е северният полюс, а краят с входа на тези линии е южният полюс.

Много е удобно да се оцени визуално магнитното поле с помощта на обикновени железни стърготини и лист хартия.
Ако поставим лист хартия върху постоянен магнит и поръсим дървени стърготини отгоре, тогава частиците на желязото ще се подредят според линиите на магнитното поле.

Посоката на силовите линии за проводника се определя удобно от известния правило на гимлетаили правило на дясната ръка. Ако хванем проводника с ръка, така че палецът да гледа по посока на тока (от минус към плюс), тогава 4-те останали пръста ще ни покажат посоката на линиите на магнитното поле.

И посоката на силата на Лоренц - силата, с която магнитното поле действа върху заредена частица или проводник с ток, според правило на лявата ръка.
Ако поставим лявата ръка в магнитно поле, така че 4 пръста да гледат в посоката на тока в проводника и силовите линии влизат в дланта, тогава палецът ще посочи посоката на силата на Лоренц, силата, действаща върху проводникът, поставен в магнитното поле.

Това е почти всичко. Не забравяйте да зададете всякакви въпроси в коментарите.